1. Vplyv procesu povrchovej úpravy na výkon lítiových batérií
Polárne poťahovanie vo všeobecnosti označuje proces rovnomerného nanášania miešanej suspenzie na zberač prúdu a sušenia organických rozpúšťadiel v suspenzii. Efekt povlaku má významný vplyv na kapacitu batérie, vnútorný odpor, životnosť cyklu a bezpečnosť, pričom zabezpečuje rovnomerné potiahnutie elektródových listov. Výber metód povrchovej úpravy a kontrolné parametre majú významný vplyv na výkon lítium-iónových batérií, čo sa prejavuje najmä v:
1) Kontrola teploty sušenia povlaku: Ak je teplota sušenia počas nanášania príliš nízka, nemôže zaručiť úplné vysušenie elektródy. Ak je teplota príliš vysoká, môže spôsobiť praskanie, odlupovanie a iné javy na povrchovom povlaku elektródy v dôsledku rýchleho vyparovania organických rozpúšťadiel vo vnútri elektródy;
2) Hustota povrchu náteru: Ak je hustota povrchu náteru príliš nízka, kapacita batérie nemusí dosiahnuť nominálnu kapacitu. Ak je hustota povrchu povlaku príliš vysoká, je ľahké spôsobiť plytvanie prísadami. V závažných prípadoch, ak dôjde k prebytku kladnej kapacity elektródy, sa môžu v dôsledku vyzrážania lítia vytvoriť dendrity lítia a prepichnúť separátor batérie, čo spôsobí skrat a predstaví bezpečnostné riziko;
3) Veľkosť povlaku: Ak je veľkosť povlaku príliš malá alebo príliš veľká, môže to spôsobiť, že kladná elektróda vo vnútri batérie nebude úplne pokrytá zápornou elektródou. Počas procesu nabíjania sú lítiové ióny vložené z kladnej elektródy a presúvajú sa do elektrolytu, ktorý nie je úplne pokrytý zápornou elektródou. Skutočnú kapacitu kladnej elektródy nie je možné efektívne využiť av závažných prípadoch sa vo vnútri batérie môžu vytvárať dendrity lítia, ktoré môžu ľahko prepichnúť separátor a spôsobiť poškodenie vnútorného obvodu batérie;
4) Hrúbka povlaku: Ak je hrúbka povlaku príliš tenká alebo príliš hrubá, ovplyvní to následný proces valcovania elektródy a nemôže zaručiť konzistentnosť výkonu elektród batérie.
Okrem toho má povlak elektród veľký význam pre bezpečnosť batérií. Pred potiahnutím by sa mala vykonať práca 5S, aby sa zabezpečilo, že sa do elektródy počas procesu nanášania neprimiešajú žiadne častice, úlomky, prach atď. Ak sa do batérie primiešajú nečistoty, môže to spôsobiť mikroskrat vo vnútri batérie a v závažných prípadoch to môže viesť k požiaru a výbuchu batérie.
2. Výber nanášacieho zariadenia a procesu nanášania
Všeobecný proces poťahovania zahŕňa: odvíjanie → spájanie → ťahanie → kontrola napätia → poťahovanie → sušenie → korekcia → kontrola napätia → korekcia → navíjanie a iné procesy. Proces poťahovania je zložitý a existuje aj veľa faktorov, ktoré ovplyvňujú účinok náteru, ako je presnosť výroby náterového zariadenia, plynulosť prevádzky zariadenia, kontrola dynamického napätia počas procesu náteru, veľkosť vzduchu. prietok počas procesu sušenia a krivka regulácie teploty. Preto je výber vhodného procesu náteru mimoriadne dôležitý.
Vo všeobecnosti je pri výbere spôsobu nanášania potrebné zvážiť niekoľko faktorov, vrátane počtu vrstiev, ktoré sa majú naniesť, hrúbky mokrého náteru, reologických vlastností náterovej kvapaliny, požadovanej presnosti náteru, podkladu náteru alebo substrátu, a rýchlosť poťahovania.
Okrem vyššie uvedených faktorov je potrebné zvážiť aj špecifickú situáciu a vlastnosti povlaku elektród. Charakteristiky povlaku elektród lítium-iónovej batérie sú: ① obojstranný jednovrstvový povlak; ② Mokrá vrstva suspenzie je relatívne hrubá (100-300 μm); ③ Suspenzia je nenewtonovská kvapalina s vysokou viskozitou; ④ Požiadavka presnosti na poťahovanie polárnym filmom je vysoká, podobná ako pri poťahovaní filmom; ⑤ Nosič povlaku pozostáva z hliníkovej fólie a medenej fólie s hrúbkou 10-20 μm; ⑥ V porovnaní s rýchlosťou poťahovania filmu nie je rýchlosť poťahovania polarizátora vysoká. Berúc do úvahy vyššie uvedené faktory, vo všeobecnosti laboratórne vybavenie používa typ škrabky, spotrebné lítium-iónové batérie väčšinou používajú typ prenosu nanášania povlakom a napájacie batérie väčšinou používajú metódu vytláčania štrbinami.
Stierací náter: Fóliový substrát prechádza cez nanášací valec a priamo sa dostáva do kontaktu s nádržou na kal. Prebytočná kaša sa nanesie na fóliový podklad. Keď substrát prechádza medzi nanášacím valcom a škrabkou, medzera medzi škrabkou a substrátom určuje hrúbku povlaku. Súčasne sa prebytočná suspenzia zoškrabe a zahrieva pod spätným chladičom, čím sa vytvorí rovnomerný povlak na povrchu substrátu. Hlavnými typmi škrabákov sú čiarkové škrabky. Škrabka čiarky je jedným z kľúčových komponentov v nanášacej hlave. Vo všeobecnosti je opracovaný pozdĺž tvoriacej čiary na povrchu kruhového valca, aby vytvoril hranu podobnú čiarke. Táto škrabka má vysokú pevnosť a tvrdosť a ľahko sa ovláda množstvo a presnosť náteru. Je vhodný pre suspenzie s vysokým obsahom pevných látok a vysokou viskozitou.
Typ prenosu nanášania valčekom: Nanášací valec sa otáča, aby poháňal kašu, a prenášané množstvo kaše sa nastavuje cez medzeru medzi škrabkou čiarkou. Kaša sa prenáša na substrát otáčaním zadného valca a nanášacieho valca. Proces je znázornený na obrázku 2. Valčekové prenosové nanášanie povlaku zahŕňa dva základné procesy: (1) rotácia nanášacieho valca poháňa suspenziu tak, aby prešla medzerou medzi meracími valcami, čím sa vytvorí určitá hrúbka vrstvy suspenzie; (2) Určitá hrúbka vrstvy kaše sa prenáša na fóliový materiál otáčaním poťahovacieho valca a zadného valca v opačných smeroch, aby sa vytvoril povlak.
Štrbinový extrúzny náter: Ako presná technológia mokrého náteru, ako je znázornené na obrázku 3, pracovný princíp spočíva v tom, že náterová kvapalina je vytláčaná a striekaná pozdĺž medzier náterovej formy pod určitým tlakom a prietokovou rýchlosťou a prenášaná na substrát. V porovnaní s inými metódami nanášania má mnoho výhod, ako je vysoká rýchlosť nanášania, vysoká presnosť a rovnomerná hrúbka za mokra; Náterový systém je uzavretý, čo môže zabrániť vniknutiu škodlivín počas procesu náteru. Miera využitia kalu je vysoká a vlastnosti kalu sa môžu udržiavať stabilné. Viac vrstiev náteru je možné vykonať súčasne. A dokáže sa prispôsobiť rôznym rozsahom viskozity a obsahu pevných látok v suspenzii a má silnejšiu adaptabilitu v porovnaní s procesom prenosového poťahovania.
3. Poruchy povlaku a ovplyvňujúce faktory
Zníženie defektov povlaku, zlepšenie kvality a výťažnosti povlaku a zníženie nákladov počas procesu povlakovania sú dôležité aspekty, ktoré je potrebné študovať v technológii povlakovania. Medzi bežné problémy v procese poťahovania patrí hrubá hlava a tenký chvost, hrubé okraje na oboch stranách, bodové tmavé škvrny, drsný povrch a odkrytá fólia. Hrúbka hlavy a chvosta môže byť nastavená časom otvárania a zatvárania poťahovacieho ventilu alebo prerušovaného ventilu. Problém hrubých hrán možno zlepšiť z hľadiska vlastností suspenzie, nastavenia medzery poťahu, prietoku suspenzie atď. Drsnosť povrchu, nerovnosť a pruhy možno zlepšiť stabilizáciou fóliového materiálu, znížením rýchlosti a nastavením uhla vzduchového noža.
Substrát – kaša
Vzťah medzi základnými fyzikálnymi vlastnosťami suspenzie a povlaku: V skutočnom procese má viskozita suspenzie určitý vplyv na účinok povlaku. Viskozita pripravenej suspenzie sa mení v závislosti od surovín elektródy, pomeru suspenzie a typu zvoleného spojiva. Keď je viskozita suspenzie príliš vysoká, poťahovanie často nemôže byť uskutočňované kontinuálne a stabilne a je ovplyvnený aj účinok poťahovania.
Rovnomernosť, stabilita, okrajové a povrchové účinky náterovej kvapaliny sú priamo určené reologickými vlastnosťami náterovej kvapaliny, čím priamo určujú kvalitu náteru. Teoretická analýza, experimentálne techniky poťahovania, techniky konečných prvkov dynamiky tekutín a ďalšie výskumné metódy sa môžu použiť na štúdium okna poťahovania, ktoré sa vzťahuje na prevádzkový rozsah procesu, ktorý môže dosiahnuť stabilný povlak a získať rovnomerný povlak.
Substrát - meď a hliníková fólia
Povrchové napätie: Povrchové napätie medenej hliníkovej fólie musí byť vyššie ako povrchové napätie potiahnutého roztoku, inak sa bude roztok ťažko hladko nanášať na podklad, čo bude mať za následok zlú kvalitu náteru. Jedna zásada, ktorú treba dodržiavať, je, že povrchové napätie roztoku, ktorý sa má potiahnuť, by malo byť o 5 dynov/cm nižšie ako povrchové napätie substrátu, aj keď je to len drsné. Povrchové napätie roztoku a substrátu je možné upraviť úpravou receptúry alebo povrchovej úpravy substrátu. Meranie povrchového napätia oboch by malo byť tiež zahrnuté ako testovacia položka kontroly kvality.
Rovnomerná hrúbka: Pri procesoch podobných škrabanému náteru môže nerovnomerná hrúbka naprieč substrátom viesť k nerovnomernej hrúbke náteru. Pretože v procese nanášania je hrúbka povlaku riadená medzerou medzi škrabkou a substrátom. Ak je hrúbka substrátu v priečnom smere menšia, touto oblasťou prejde viac roztoku a hrúbka povlaku bude hrubšia a naopak. Ak sa z hrúbkomeru pozoruje kolísanie hrúbky substrátu, bude aj konečné kolísanie hrúbky filmu vykazovať rovnakú odchýlku. Okrem toho môže bočná odchýlka hrúbky tiež viesť k poruchám vinutia. Aby sa predišlo takýmto defektom, je dôležité kontrolovať hrúbku surovín
Statická elektrina: Na nanášacej linke vzniká na povrchu substrátu pri odvíjaní a prechode valčekom veľa statickej elektriny. Generovaná statická elektrina môže ľahko adsorbovať vzduch a vrstvy popola na valci, čo spôsobuje chyby povlaku. Počas procesu výboja môže statická elektrina spôsobiť aj elektrostatické poruchy vzhľadu na povrchu náteru a čo je vážnejšie, môže dokonca spôsobiť požiar. Ak je vlhkosť v zime nízka, problém so statickou elektrinou na nanášacej linke bude výraznejší a závažnejší. Najúčinnejším spôsobom, ako znížiť takéto chyby, je udržiavať vlhkosť prostredia na čo najvyššej úrovni, uzemniť nanášaciu linku a nainštalovať niektoré antistatické zariadenia.
Čistota: Nečistoty na povrchu substrátu môžu spôsobiť fyzikálne defekty, ako sú hrbolčeky, nečistoty a pod. Takže pri výrobnom procese substrátu je potrebné dobre kontrolovať čistotu surovín. Online valce na čistenie fólií sú pomerne účinnou metódou na odstránenie nečistôt z podkladu. Aj keď sa nedajú odstrániť všetky nečistoty na membráne, dokáže efektívne zlepšiť kvalitu surovín a znížiť straty.
4. Mapa defektov elektród lítiovej batérie
【1】 Chyby bublín v povlaku zápornej elektródy lítium-iónových batérií
【2】 Dierka
【3】 Škrabance
【4】 Hrubý okraj
【5】 Agregované častice na povrchu zápornej elektródy
【6】 Agregované častice na povrchu kladnej elektródy
【7】 Polárna trhlina vodného systému
【8】 Povrchové zmrštenie polarizátora
【9】 Škrabance na povrchu polarizátora
【10】 Použite zvislé pruhy
【11】 Rolovacie trhliny v čiastočne vysušenej oblasti polarizátora
【12】 Vrásky na okraji valčeka polarizátora
【13】 Negatívny povlak na rozrezanie elektródy a oddelenie fólie
【14】 Otrepy na rezanie polárnych plátkov
【15】 Okraj reznej vlny polárneho plátku
5. Rovnomernosť náteru
Takzvaná rovnomernosť povlaku sa týka konzistencie hrúbky povlaku alebo rozloženia lepidla v oblasti povlaku. Čím lepšia je konzistencia hrúbky náteru alebo množstva lepidla, tým lepšia je rovnomernosť náteru a naopak. Neexistuje jednotný index merania rovnomernosti náteru, ktorý možno merať odchýlkou alebo percentuálnou odchýlkou hrúbky náteru alebo množstva lepidla v každom bode v určitej oblasti vzhľadom na priemernú hrúbku náteru alebo množstvo lepidla v tejto oblasti, alebo rozdiel medzi maximálnou a minimálnou hrúbkou náteru alebo množstvom lepidla v určitej oblasti. Hrúbka povlaku sa zvyčajne vyjadruje v µm.
Rovnomernosť náteru sa používa na vyhodnotenie celkového stavu náteru v oblasti. Ale pri skutočnej výrobe nám väčšinou záleží viac na rovnomernosti v horizontálnom aj vertikálnom smere podkladu. Takzvaná bočná rovnomernosť sa týka rovnomernosti v smere šírky povlaku (alebo v bočnom smere stroja). Takzvaná pozdĺžna rovnomernosť sa týka rovnomernosti v smere dĺžky povlaku (alebo v smere pohybu substrátu).
Existujú významné rozdiely vo veľkosti, ovplyvňujúcich faktoroch a metódach kontroly horizontálnych a vertikálnych chýb nanášania lepidla. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia je šírka substrátu (alebo povlaku), tým ťažšie je kontrolovať bočnú rovnomernosť. Na základe dlhoročných praktických skúseností s nátermi, keď je šírka substrátu menšia ako 800 mm, je zvyčajne ľahko zaručená bočná rovnomernosť; Keď je šírka substrátu medzi 1300-1800 mm, možno bočnú rovnomernosť často dobre kontrolovať, je to však zložité a vyžaduje si to značnú úroveň odborných znalostí; Pri šírke substrátu nad 2000 mm je veľmi ťažké kontrolovať bočnú rovnomernosť a len málo výrobcov to vie dobre zvládnuť. Ako sa výrobná dávka (tj dĺžka povlaku) zvyšuje, pozdĺžna rovnomernosť sa môže stať väčšou výzvou alebo ťažkosťou ako priečna rovnomernosť.