Процес премазивања и дефекти литијумских батерија

Процес премазивања и дефекти литијумских батерија

01

Утицај процеса премазивања на перформансе литијумских батерија

Поларни премаз се генерално односи на процес равномерног облагања мешане суспензије на колектор струје и сушења органских растварача у суспензији. Ефекат премаза има значајан утицај на капацитет батерије, унутрашњи отпор, животни век и безбедност, обезбеђујући равномерно превлачење електроде. Избор метода премаза и контролних параметара имају значајан утицај на перформансе литијум-јонских батерија, углавном се манифестују у:

1) Контрола температуре сушења за премазивање: Ако је температура сушења прениска током премаза, то не може гарантовати потпуно сушење електроде. Ако је температура превисока, то може бити због брзог испаравања органских растварача унутар електроде, што доводи до пуцања, љуштења и других појава на површинском премазу електроде;

2) Површинска густина премаза: Ако је површинска густина премаза премала, капацитет батерије можда неће достићи номинални капацитет. Ако је површинска густина премаза превисока, лако је изазвати губитак састојака. У тешким случајевима, ако постоји превелики капацитет позитивне електроде, литијум дендрити ће се формирати услед таложења литијума, пробијајући сепаратор батерије и изазивајући кратки спој, што представља опасност по безбедност;

3) Величина премаза: Ако је величина премаза премала или превелика, то може довести до тога да позитивна електрода унутар батерије не буде потпуно покривена негативном електродом. Током процеса пуњења, литијум јони се уграђују из позитивне електроде и крећу се у електролит који није потпуно покривен негативном електродом. Стварни капацитет позитивне електроде не може се ефикасно искористити. У тешким случајевима, унутар батерије се могу формирати литијум дендрити, који могу лако пробити сепаратор и изазвати оштећење унутрашњег кола;

4) Дебљина премаза: Ако је дебљина премаза сувише танка или предебела, то ће утицати на каснији процес ваљања електроде и не може гарантовати конзистентност перформанси електроде батерије.

Поред тога, облагање електрода је од великог значаја за безбедност батерија. Пре наношења премаза, 5С треба да се уради како би се осигурало да се честице, остаци, прашина итд. не мешају у електроду током процеса премазивања. Ако се неки остаци помешају, то ће изазвати микро кратки спој унутар батерије, што може довести до пожара и експлозије у тешким случајевима.

02

Избор опреме за премазивање и процес премазивања

Општи процес наношења премаза обухвата: одмотавање → спајање → извлачење → контролу затезања → премазивање → сушење → корекцију → контролу затезања → корекцију → намотавање и друге процесе. Процес наношења премаза је сложен, а такође постоји много фактора који утичу на ефекат премаза, као што су тачност производње опреме за премазивање, глаткоћа рада опреме, контрола динамичке напетости током процеса наношења премаза, величина протока ваздуха током процеса премаза. процес сушења и крива контроле температуре. Стога је одабир одговарајућег процеса премаза изузетно важан.

Општи избор методе премазивања треба да узме у обзир следеће аспекте, укључујући: број слојева који се облажу, дебљину влажног премаза, реолошке особине течности за премазивање, потребну тачност премаза, носач премаза или подлогу, и брзина наношења премаза.

Поред горе наведених фактора, потребно је узети у обзир и специфичну ситуацију и карактеристике премаза електроде. Карактеристике премаза електроде литијум-јонске батерије су: ① двострани једнослојни премаз; ② Влажни премаз суспензије је релативно дебео (100-300 μм) ③ Суспензија је нењутновска течност високог вискозитета; ④ Захтеви за прецизност за премазивање поларним филмом су високи, слично као код филмског премаза; ⑤ Облагање потпорног тела дебљине 10-20 μ Алуминијумска фолија и бакарна фолија од м; ⑥ У поређењу са брзином филмског премаза, брзина поларног филмског премаза није велика. Узимајући у обзир горе наведене факторе, општа лабораторијска опрема често користи тип стругача, потрошачке литијум-јонске батерије често користе тип преноса премаза на ваљцима, а батерије за напајање често користе методу екструзије уских утора.

Облагање стругачем: Принцип рада је приказан на слици 1. Подлога од фолије пролази кроз ваљак за премазивање и директно долази у контакт са резервоаром за муљ. Вишак каше се наноси на подлогу од фолије. Када подлога прође између ваљка за премазивање и стругача, размак између стругача и подлоге одређује дебљину премаза. У исто време, вишак суспензије се саструже и рефлуксује, формирајући једноличан премаз на површини подлоге. Главне врсте стругача су стругачи зареза. Стругач за зарез је једна од кључних компоненти у глави премаза. Обично се обрађује дуж генератриксе на површини кружног ваљка да би се формирало сечиво попут зареза. Овај тип стругача има високу чврстоћу и тврдоћу, лако се контролише количину и тачност премаза и погодан је за висок садржај чврсте материје и високо вискозну кашу.

Тип преноса премаза са ваљком: Ваљак за премазивање се ротира како би покренуо суспензију, прилагодите количину преноса суспензије кроз размак између стругача за зарез и користите ротацију задњег ваљка и ваљка за премазивање да пренесете суспензију на подлогу. Процес је приказан на слици 2. Преношење премаза помоћу ваљка укључује два основна процеса: (1) Ротација ваљка за премазивање покреће суспензију да прође кроз размак између мерних ваљака, формирајући одређену дебљину слоја суспензије; (2) Одређена дебљина слоја каше се преноси на фолију ротацијом ваљка за премазивање и задњег ваљка у супротним смеровима да би се формирао премаз.

Екструзиони премаз са уским прорезом: Као прецизна технологија влажног премаза, као што је приказано на слици 3, принцип рада је да се течност за облагање екструдира и распршује дуж празнина калупа за облагање под одређеним притиском и брзином протока и преноси на подлогу. . У поређењу са другим методама премаза, има много предности, као што су брза брзина наношења премаза, висока прецизност и уједначена влажна дебљина; Систем премаза је затворен, што може спречити улазак загађивача током процеса премазивања. Стопа искоришћења суспензије је висока, а својства суспензије су стабилна. Може се премазати у више слојева истовремено. И може се прилагодити различитим распонима вискозитета суспензије и чврстог садржаја, и има јачу прилагодљивост у поређењу са технологијом трансферног премаза.

03

Дефекти премаза и фактори утицаја

Смањење дефеката премаза, побољшање квалитета и приноса премаза и смањење трошкова током процеса премазивања су важни аспекти које треба проучити у процесу наношења премаза. Уобичајени проблеми који се јављају у процесу премазивања су дебела глава и танак реп, дебеле ивице са обе стране, тамне мрље, груба површина, изложена фолија и други недостаци. Дебљина главе и репа може се подесити временом отварања и затварања вентила за облагање или интермитентног вентила. Проблем дебелих ивица се може побољшати подешавањем својстава суспензије, размака премаза, протока суспензије итд. Површинска храпавост, неравнине и пруге се могу побољшати стабилизацијом фолије, смањењем брзине, подешавањем угла ваздуха. нож и др.

Подлога - каша

Однос између основних физичких својстава суспензије и премаза: У стварном процесу, вискозност суспензије има одређени утицај на ефекат премаза. Вискозитет припремљене суспензије варира у зависности од сировина за електроде, односа суспензије и врсте одабраног везива. Када је вискозитет суспензије превисок, премазивање се често не може вршити континуирано и стабилно, а такође утиче на ефекат премаза.

На униформност, стабилност, ивични и површински ефекти раствора за премазивање утичу реолошка својства раствора за премазивање, што директно одређује квалитет премаза. Теоријска анализа, експерименталне технике наношења премаза, технике коначних елемената динамике флуида и друге истраживачке методе могу се користити за проучавање прозора премаза, што је опсег рада процеса за стабилно наношење премаза и добијање униформног премаза.

Подлога - Бакарна фолија и алуминијумска фолија

Површински напон: Површински напон бакарне алуминијумске фолије мора бити већи од површинског напона премазаног раствора, у супротном ће се раствор тешко ширити равно на подлогу, што ће резултирати лошим квалитетом премаза. Један принцип који треба следити је да површински напон раствора који се облаже треба да буде 5 дина/цм нижи од напона подлоге, иако је ово само груба процена. Површински напон раствора и супстрата може се подесити подешавањем формуле или површинске обраде супстрата. Мерење површинског напона између њих треба такође да се сматра предметом за испитивање квалитета.

Уједначена дебљина: У процесу сличном наношењу стругачем, неједнака дебљина попречне површине подлоге може довести до неуједначене дебљине премаза. Пошто се у процесу наношења премаза, дебљина премаза контролише размаком између стругача и подлоге. Ако је хоризонтално мања дебљина подлоге, кроз ту област ће пролазити више раствора, а дебљина премаза ће такође бити дебља и обрнуто. Ако се флуктуација дебљине подлоге може видети са мерача дебљине, коначна флуктуација дебљине филма ће такође показати исто одступање. Поред тога, бочно одступање дебљине такође може довести до кварова у намотају. Дакле, да би се избегли такви недостаци, важно је контролисати дебљину сировина

Статички електрицитет: На линији за премазивање, много статичког електрицитета се ствара на површини подлоге када се наноси на одмотавање и пролазак кроз ваљке. Генерисани статички електрицитет може лако да адсорбује ваздух и слој пепела на ваљку, што резултира дефектима премаза. Током процеса пражњења, статички електрицитет такође може изазвати електростатичке дефекте изгледа на површини премаза, а што је још озбиљније, може чак изазвати и пожар. Ако је зими ниска влажност, проблем статичког електрицитета на линији премаза ће бити израженији. Најефикаснији начин да се смање такви недостаци је одржавање влажности околине што је више могуће, уземљење жице за премазивање и инсталирање неких антистатичких уређаја.

Чистоћа: Нечистоће на површини подлоге могу изазвати неке физичке недостатке, као што су избочине, прљавштина итд. Тако да је у процесу производње подлоге потребно добро контролисати чистоћу сировина. Ваљци за чишћење мембрана на мрежи су релативно ефикасан метод за уклањање нечистоћа супстрата. Иако се не могу уклонити све нечистоће на мембрани, то може ефикасно побољшати квалитет сировина и смањити губитке.

04

Мапа дефекта полова литијумске батерије

【1】 Дефекти мехурића у премазу негативне електроде литијум-јонских батерија

Плоча негативне електроде са мехурићима на левој слици и 200к увећање скенирајућег електронског микроскопа на десној слици. Током процеса мешања, транспорта и премазивања, прашина или дуги комадићи и други страни предмети се мешају у раствор премаза или падају на површину влажног премаза. На површински напон превлаке у овој тачки утичу спољне силе, изазивајући промене у интермолекуларним силама, што резултира благим преносом суспензије. Након сушења формирају се кружни трагови, са танким средиштем.

【2】 Пинхоле

Један је стварање мехурића (процес мешања, процес транспорта, процес облагања); Дефект рупице узрокован мехурићима је релативно лако разумети. Мехурићи у влажном филму мигрирају са унутрашњег слоја на површину филма и пуцају на површини да би формирали дефект у облику рупе. Мехурићи углавном настају због лоше течности, лошег нивелисања и слабог ослобађања мехурића током мешања, транспорта течности и процеса облагања.

【3】 Огреботине

Могући узроци: Страни предмети или велике честице које се заглављују у уском отвору или отвору премаза, лош квалитет подлоге, узрокујући да страни предмети блокирају зазор за премазивање између ваљка за премазивање и задњег ваљка и оштећења ивице калупа.

【4】 Дебела ивица

Разлог за формирање дебелих ивица је вођен површинским напоном суспензије, што узрокује да талог мигрира према необложеној ивици електроде, формирајући дебеле ивице након сушења.

【5】 Агрегиране честице на површини негативне електроде

Формула: сферни графит+СУПЕР Ц65+ЦМЦ+дестилована вода

Макроморфологија поларизатора са два различита процеса мешања: глатка површина (лево) и присуство великог броја малих честица на површини (десно)

Формула: сферни графит+СУПЕР Ц65+ЦМЦ/СБР+дестилована вода

Увећана морфологија малих честица на површини електроде (а и б): Агрегати проводних агенаса, нису потпуно дисперговани.

Повећана морфологија поларизатора глатке површине: Проводни агенс је потпуно распршен и равномерно распоређен.

【6】 Агломериране честице на површини позитивне електроде

Формула: НЦА+ацетилен црна+ПВДФ+НМП

Током процеса мешања, влажност околине је превисока, што доводи до тога да каша постане попут желеа, проводни агенс није потпуно распршен, а на површини поларизатора након ваљања постоји велики број честица.

【7】 Пукотине у поларним плочама система воде

Формула: НМЦ532/чађа/везиво=90/5/5 теж%, вода/изопропанол (ИПА) растварач

Оптичке фотографије површинских пукотина на поларизаторима, са густином превлаке од (а) 15 мг/цм2, (б) 17,5 мг/цм2, (ц) 20 мг/цм2 и (д) 25 мг/цм2, респективно. Дебели поларизатори су склонији пуцању.

【8】 Скупљање на површини поларизатора

Формула: графит у пахуљицама+СП+ЦМЦ/СБР+дестилована вода

Присуство честица загађивача на површини фолије резултира ниским површинским напоном влажног филма на површини честица. Течни филм емитује и мигрира према периферији честица, формирајући дефекте тачке скупљања.

【9】 Огреботине на површини електроде

Формула: НМЦ532+СП+ПВдФ+НМП

Премаз за екструзију уског шава, са великим честицама на резној ивици изазива цурење фолије и огреботине на површини електроде.

【10】 Облагање вертикалних пруга

Формула: НЦА+СП+ПВдФ+НМП

У каснијој фази преносног премаза, вискозитет упијања воде суспензије се повећава, приближавајући се горњој граници прозора за премазивање током наношења, што резултира лошим нивелисањем суспензије и формирањем вертикалних пруга.

【11】 Намотајте пукотине у области где поларни филм није потпуно осушен

Формула: графит у пахуљицама+СП+ЦМЦ/СБР+дестилована вода

Током наношења премаза, средња област поларизатора није потпуно сува, а током ваљања, премаз мигрира, формирајући пукотине у облику траке.

【12】 Рубне боре од притискања поларног ваљка

Феномен дебелих ивица формираних премазивањем, притискањем ваљком и наборањем ивица премаза

【13】 Превлака за резање негативне електроде одвојена од фолије

Формула: природни графит+ацетиленска црна+ЦМЦ/СБР+дестилована вода, однос активне супстанце 96%

Када се поларни диск пресече, премаз и фолија се одвајају.

【14】 Неравнине за сечење ивица

Током сечења диска позитивне електроде, нестабилна контрола затезања доводи до стварања неравнина фолије током секундарног сечења.

【15】 Поларна кришка резног таласа

Током сечења диска негативне електроде, услед неодговарајућег преклапања и притиска резних сечива, формирају се таласне ивице и одвајање облоге реза.

【16】 Остали уобичајени дефекти премаза укључују инфилтрацију ваздуха, бочне таласе, опуштање, реке, експанзију, оштећење воде итд.

Дефекти се могу појавити у било којој фази обраде: припрема премаза, производња подлоге, рад подлоге, површина премаза, зона сушења, сечење, сечење, процес ваљања, итд. Који је општи логички метод за решавање недостатака?

1.Током процеса од пилот производње до производње, потребно је оптимизовати формулу производа, процес премазивања и сушења и пронаћи релативно добар или широк прозор процеса.

2. Користите неке методе контроле квалитета и статистичке алате (СПЦ) за контролу квалитета производа. Праћењем и контролом стабилне дебљине премаза на мрежи или коришћењем система за визуелну инспекцију изгледа (Визуелни систем) за проверу недостатака на површини премаза.

3. Када дође до кварова на производу, благовремено прилагодите процес како бисте избегли поновљене дефекте.

05

Уједначеност премаза

Такозвана униформност премаза се односи на конзистентност дистрибуције дебљине премаза или количине лепка унутар површине премаза. Што је боља конзистенција дебљине премаза или количине лепка, то је боља уједначеност премаза и обрнуто. Не постоји јединствени мерни индекс за униформност премаза, који се може мерити одступањем или процентуалним одступањем дебљине премаза или количине лепка у свакој тачки у одређеној области у односу на просечну дебљину премаза или количину лепка у тој области, или помоћу разлика између максималне и минималне дебљине премаза или количине лепка у одређеној области. Дебљина премаза се обично изражава у µм.

Уједначеност премаза се користи за процену укупног стања премаза на површини. Али у стварној производњи, обично нам је више стало до уједначености у хоризонталном и вертикалном правцу подлоге. Такозвана хоризонтална униформност се односи на уједначеност правца ширине премаза (или хоризонталног смера машине). Такозвана уздужна униформност се односи на уједначеност у правцу дужине премаза (или смеру кретања подлоге).

Постоје значајне разлике у величини, факторима утицаја и методама контроле хоризонталних и вертикалних грешака у примени лепка. Генерално, што је већа ширина подлоге (или премаза), теже је контролисати бочну униформност. На основу година практичног искуства у премазивању на мрежи, када је ширина подлоге испод 800 мм, бочна униформност се обично лако гарантује; Када је ширина подлоге између 1300-1800 мм, бочна униформност се често може добро контролисати, али постоји одређена потешкоћа и потребан је значајан ниво професионализма; Када је ширина подлоге изнад 2000 мм, контрола бочне униформности је веома тешка, и само неколико произвођача то може добро да поднесе. Када се производна серија (тј. дужина премаза) повећа, уздужна униформност може постати већа потешкоћа или изазов од попречне униформности.