1. Päällystysprosessin vaikutus litiumakkujen suorituskykyyn
Polaarisella pinnoituksella tarkoitetaan yleensä prosessia, jossa sekoitettu liete päällystetään tasaisesti virrankerääjälle ja lietteen orgaaniset liuottimet kuivataan. Pinnoitevaikutus vaikuttaa merkittävästi akun kapasiteettiin, sisäiseen vastukseen, käyttöikään ja turvallisuuteen, mikä varmistaa elektrodilevyjen tasaisen pinnoituksen. Päällystysmenetelmien ja ohjausparametrien valinnalla on merkittävä vaikutus litiumioniakkujen suorituskykyyn, mikä ilmenee pääasiassa:
1) Pinnoitteen kuivauslämpötilan säätö: Jos kuivauslämpötila pinnoituksen aikana on liian alhainen, se ei voi taata elektrodin täydellistä kuivumista. Jos lämpötila on liian korkea, se voi aiheuttaa halkeilua, hilseilyä ja muita ilmiöitä elektrodin pintapinnoitteessa elektrodin sisällä olevien orgaanisten liuottimien nopean haihtumisen vuoksi.
2) Pinnoitepinnan tiheys: Jos pinnoitteen pintatiheys on liian pieni, akun kapasiteetti ei välttämättä saavuta nimelliskapasiteettia. Jos pinnoitteen pintatiheys on liian suuri, on helppo aiheuttaa ainesosien hukkaa. Vakavissa tapauksissa, jos positiivisen elektrodin kapasiteetti on yli, litiumdendriittejä voi muodostua litiumin saostumisen vuoksi ja puhkaista akun erottimen aiheuttaen oikosulun ja turvallisuusriskin.
3) Pinnoitekoko: Jos pinnoitteen koko on liian pieni tai liian suuri, negatiivinen elektrodi ei välttämättä peitä akun sisällä olevaa positiivista elektrodia. Latausprosessin aikana litiumioneja upotetaan positiivisesta elektrodista ja ne siirtyvät elektrolyyttiin, jota negatiivinen elektrodi ei peitä kokonaan. Positiivisen elektrodin todellista kapasiteettia ei voida hyödyntää tehokkaasti, ja vaikeissa tapauksissa akun sisään voi muodostua litiumdendriittejä, jotka voivat helposti puhkaista erottimen ja vahingoittaa akun sisäistä piiriä;
4) Pinnoitteen paksuus: Jos pinnoitteen paksuus on liian ohut tai liian paksu, se vaikuttaa myöhempään elektrodin valssausprosessiin eikä voi taata akkuelektrodin suorituskyvyn johdonmukaisuutta.
Lisäksi elektrodien pinnoituksella on suuri merkitys akkujen turvallisuuden kannalta. Ennen pinnoittamista tulee tehdä 5S-työ varmistaakseen, että hiukkasia, roskia, pölyä jne. ei sekoitu elektrodiin pinnoitusprosessin aikana. Jos sekaan joutuu roskia, se voi aiheuttaa mikrooikosulkuja akun sisällä, ja vaikeissa tapauksissa se voi johtaa akun tulipaloon ja räjähdykseen.
2. Päällystyslaitteiden ja pinnoitusprosessin valinta
Yleiseen pinnoitusprosessiin kuuluu: aukikelaus → jatkos → veto → kireyden hallinta → pinnoitus → kuivaus → korjaus → kireyden hallinta → korjaus → käämitys ja muut prosessit. Päällystysprosessi on monimutkainen, ja pinnoitusvaikutukseen vaikuttavat myös monet tekijät, kuten päällystyslaitteiston valmistustarkkuus, laitteen toiminnan tasaisuus, dynaamisen jännityksen hallinta pinnoitusprosessin aikana, ilman koko virtaus kuivausprosessin aikana ja lämpötilan säätökäyrä. Siksi oikean pinnoitusprosessin valinta on erittäin tärkeää.
Yleensä päällystysmenetelmää valittaessa on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien pinnoitettavien kerrosten lukumäärä, märkäpinnoitteen paksuus, pinnoitusnesteen reologiset ominaisuudet, vaadittu pinnoitustarkkuus, pinnoitteen kantaja tai substraatti, ja pinnoitusnopeus.
Edellä mainittujen tekijöiden lisäksi on myös tarpeen ottaa huomioon elektrodipinnoituksen erityistilanne ja ominaisuudet. Litiumioniakun elektrodipinnoitteen ominaisuudet ovat: ① kaksipuolinen yksikerroksinen pinnoite; ② Lietteen märkäpinnoite on suhteellisen paksu (100-300 μm); ③ Liete on ei-newtonilainen korkeaviskositeettinen neste; ④ Polaarisen kalvopinnoitteen tarkkuusvaatimus on korkea, samanlainen kuin kalvopäällysteen; ⑤ Pinnoitetuki koostuu alumiinifoliosta ja kuparifoliosta, joiden paksuus on 10-20 μm; ⑥ Kalvon pinnoitusnopeuteen verrattuna polarisaattorin pinnoitusnopeus ei ole korkea. Ottaen huomioon edellä mainitut tekijät, laboratoriolaitteet käyttävät yleensä kaavintyyppiä, kuluttajien litiumioniakut käyttävät enimmäkseen rullapinnoitteen siirtotyyppiä ja tehoakut käyttävät enimmäkseen rakoekstruusiomenetelmää.
Kaavinpinnoite: Kalvoalusta kulkee päällystystelan läpi ja koskettaa suoraan lietesäiliötä. Ylimääräinen liete levitetään folioalustalle. Kun substraatti kulkee päällystystelan ja kaavin välillä, kaavin ja alustan välinen rako määrää pinnoitteen paksuuden. Samaan aikaan ylimääräinen liete kaavitaan pois ja refluksoidaan, jolloin muodostuu tasainen pinnoite alustan pinnalle. Tärkeimmät kaavintyypit ovat pilkkukaapimia. Pilkkukaavin on yksi päällystyspään avainkomponenteista. Se työstetään yleensä pyöreän telan pinnalla olevaa generatrixia pitkin pilkun kaltaisen reunan muodostamiseksi. Tällä kaapimella on korkea lujuus ja kovuus, ja pinnoitteen määrää ja tarkkuutta on helppo hallita. Se soveltuu korkean kiintoainepitoisuuden ja korkean viskositeetin lietteille.
Telapinnoitteen siirtotyyppi: Päällysterulla pyörii lietteen ajamiseksi, ja lietteen siirtomäärää säädetään pilkkukaapimen välisen raon kautta. Liete siirretään alustalle takatelan ja päällystystelan pyörityksellä. Prosessi on esitetty kuvassa 2. Telapinnoitteen siirtopinnoitus käsittää kaksi perusprosessia: (1) päällystystelan pyöriminen ajaa lietteen kulkemaan mittaustelojen välisen raon läpi muodostaen tietyn paksuisen lietekerroksen; (2) Tietty paksuus lietekerrosta siirretään kalvomateriaaliin pyörittämällä päällystystelaa ja takatelaa vastakkaisiin suuntiin pinnoitteen muodostamiseksi.
Rakoekstruusiopinnoitus: Tarkka märkäpäällystystekniikka, kuten kuvassa 3 on esitetty, toimintaperiaate on, että päällystysneste ekstrudoidaan ja ruiskutetaan pitkin päällystysmuotin rakoja tietyllä paineella ja virtausnopeudella ja siirretään alustalle. Muihin pinnoitusmenetelmiin verrattuna sillä on monia etuja, kuten nopea pinnoitusnopeus, korkea tarkkuus ja tasainen märkäpaksuus; Pinnoitejärjestelmä on suljettu, mikä voi estää epäpuhtauksien pääsyn pinnoitusprosessin aikana. Lietteen käyttöaste on korkea ja lietteen ominaisuudet voidaan pitää vakaina. Useita pinnoituskerroksia voidaan tehdä samanaikaisesti. Ja se voi mukautua lietteen erilaisiin viskositeetti- ja kiintoainepitoisuuksiin, ja sillä on vahvempi sopeutumiskyky verrattuna siirtopinnoitusprosessiin.
3. Pinnoitevirheet ja vaikuttavat tekijät
Päällystysvirheiden vähentäminen, pinnoitteen laadun ja tuoton parantaminen sekä päällystysprosessin kustannusten alentaminen ovat tärkeitä näkökohtia, joita on tutkittava pinnoitustekniikassa. Päällystysprosessin yleisiä ongelmia ovat paksu pää ja ohut häntä, paksut reunat molemmilla puolilla, tummat pisteet, karkea pinta ja paljas folio. Pään ja hännän paksuutta voidaan säätää päällystysventtiilin tai jaksoventtiilin avautumis- ja sulkeutumisajalla. Paksujen reunojen ongelmaa voidaan parantaa lietteen ominaisuuksien, pinnoitevälin säädön, lietteen virtausnopeuden jne. näkökulmasta. Pinnan karheutta, epätasaisuuksia ja raitoja voidaan parantaa stabiloimalla foliomateriaalia, vähentämällä nopeutta ja säätämällä kulmaa. ilmaveitsestä.
Substraatti - Liete
Lietteen ja pinnoitteen fysikaalisten perusominaisuuksien suhde: Varsinaisessa prosessissa lietteen viskositeetilla on tietty vaikutus pinnoitusvaikutukseen. Valmistetun lietteen viskositeetti vaihtelee riippuen elektrodien raaka-aineista, lietesuhteesta ja valitusta sideainetyypistä. Kun lietteen viskositeetti on liian korkea, päällystystä ei useinkaan voida suorittaa jatkuvasti ja vakaasti, ja se vaikuttaa myös päällystysvaikutukseen.
Päällystysnesteen tasaisuus, stabiilisuus, reuna- ja pintavaikutukset määräytyvät suoraan päällystysnesteen reologisista ominaisuuksista, mikä määrää suoraan pinnoitteen laadun. Päällystysikkunan tutkimiseen voidaan käyttää teoreettista analyysiä, pinnoituskokeellisia tekniikoita, nestedynamiikan elementtitekniikoita ja muita tutkimusmenetelmiä, jotka viittaavat prosessin toiminta-alueeseen, jolla voidaan saavuttaa vakaa pinnoite ja tasainen pinnoite.
Alusta - kupari- ja alumiinifolio
Pintajännitys: Kuparisen alumiinifolion pintajännityksen tulee olla suurempi kuin päällystetyn liuoksen, muuten liuos on vaikea levittää tasaisesti alustalle, mikä johtaa huonoon pinnoitteen laatuun. Yksi noudatettava periaate on, että pinnoitettavan liuoksen pintajännityksen tulee olla 5 dyne/cm pienempi kuin alustan, vaikka tämä on vain karkeaa. Liuoksen ja alustan pintajännitystä voidaan säätää säätämällä alustan kaavaa tai pintakäsittelyä. Molempien pintajännityksen mittaus tulisi myös sisällyttää laadunvalvontatestauskohteeseen.
Tasainen paksuus: Kaavinpinnoitetta vastaavissa prosesseissa alustan epätasainen paksuus voi johtaa epätasaiseen pinnoitteen paksuuteen. Koska päällystysprosessissa pinnoitteen paksuutta säätelee kaavin ja alustan välinen rako. Jos alustan paksuus on pienempi poikittaissuunnassa, enemmän liuosta kulkee tämän alueen läpi ja pinnoitteen paksuus on paksumpi ja päinvastoin. Jos substraatin paksuuden vaihtelua havaitaan paksuusmittarista, myös lopullinen kalvon paksuuden vaihtelu näyttää saman poikkeaman. Lisäksi sivuttainen paksuuspoikkeama voi myös johtaa käämitysvirheisiin. Joten tällaisten vikojen välttämiseksi on tärkeää valvoa raaka-aineiden paksuutta
Staattinen sähkö: Päällystyslinjalla syntyy paljon staattista sähköä alustan pinnalle purkamisen ja telan läpi kulkemisen aikana. Syntynyt staattinen sähkö voi helposti adsorboida ilma- ja tuhkakerroksia telaan aiheuttaen pinnoitusvirheitä. Purkausprosessin aikana staattinen sähkö voi myös aiheuttaa sähköstaattisia ulkonäkövirheitä pinnoitteen pintaan, ja vakavammin se voi aiheuttaa jopa tulipalon. Jos kosteus on alhainen talvella, staattisen sähkön ongelma pinnoituslinjassa on näkyvämpi ja vakavampi. Tehokkain tapa vähentää tällaisia vikoja on pitää ympäristön kosteus mahdollisimman korkeana, maadoittaa pinnoituslinja ja asentaa antistaattisia laitteita.
Puhtaus: Alustan pinnalla olevat epäpuhtaudet voivat aiheuttaa fyysisiä vikoja, kuten kolhuja, likaa jne. Alustan valmistusprosessissa on siis tarpeen valvoa hyvin raaka-aineiden puhtautta. Online-kalvonpuhdistusrullat ovat suhteellisen tehokas tapa poistaa alustan epäpuhtaudet. Vaikka kaikkia kalvon epäpuhtauksia ei voida poistaa, se voi parantaa tehokkaasti raaka-aineiden laatua ja vähentää hävikkiä.
4. Litiumparistoelektrodien vikakartta
【1】 Litiumioniakkujen negatiivisen elektrodin pinnoitteessa kuplaviat
【2】 Neulanreikä
【3】 Naarmuja
【4】 Paksu reuna
【5】 Aggregoituneita hiukkasia negatiivisen elektrodin pinnalla
【6】 Aggregoituneita hiukkasia positiivisen elektrodin pinnalla
【7】 Vesijärjestelmän napahalkeama
【8】 Polarisaattorin pinnan kutistuminen
【9】 Naarmuja polarisaattorin pinnassa
【10】 Lisää pystyraitoja
【11】 Pyöriviä halkeamia polarisaattorin osittain kuivuneella alueella
【12】 Rypyjä polarisaattoritelan reunassa
【13】 Negatiivinen elektrodin leikkauspinnoite ja kalvon irtoaminen
【14】 Polaarisen viipaleen leikkausjäljet
【15】 Polaarisen viipaleen leikkausaallon reuna
5. Pinnoitteen tasaisuus
Ns. pinnoitteen tasaisuus viittaa pinnoitteen paksuuden tai liiman jakautumisen tasaisuuteen pinnoitusalueella. Mitä parempi pinnoitteen paksuuden tai liimamäärän konsistenssi, sitä parempi on pinnoitteen tasaisuus ja päinvastoin. Pinnoitteen yhtenäisyydelle ei ole olemassa yhtenäistä mittausindeksiä, joka voidaan mitata pinnoitteen paksuuden tai liimamäärän poikkeamalla tai prosentuaalisella poikkeamalla tietyn alueen kussakin kohdassa suhteessa keskimääräiseen pinnoitteen paksuuteen tai liimamäärään kyseisellä alueella tai erotus suurimman ja vähimmäispinnoitteen paksuuden tai liimamäärän välillä tietyllä alueella. Pinnoitteen paksuus ilmaistaan yleensä mikrometrinä.
Pinnoitteen tasaisuutta käytetään alueen yleisen pinnoitteen kunnon arvioimiseen. Mutta varsinaisessa tuotannossa välitämme yleensä enemmän alustan tasaisuudesta sekä vaaka- että pystysuunnassa. Ns. lateraalinen tasaisuus viittaa tasaisuuteen pinnoitteen leveyssuunnassa (tai koneen sivusuunnassa). Ns. pitkittäinen tasaisuus viittaa tasaisuuteen pinnoitteen pituussuunnassa (tai alustan kulkusuunnassa).
Vaaka- ja pystysuuntaisten liiman levitysvirheiden suuruudessa, vaikuttavissa tekijöissä ja hallintamenetelmissä on merkittäviä eroja. Yleisesti ottaen mitä suurempi substraatin (tai pinnoitteen) leveys on, sitä vaikeampaa on hallita sivuttaista tasaisuutta. Perustuen vuosien käytännön kokemukseen pinnoittamisesta, kun alustan leveys on alle 800 mm, sivuttaistasaisuus on yleensä helposti taattu; Kun alustan leveys on välillä 1300-1800mm, sivuttaistasaisuus voidaan usein hallita hyvin, mutta se on vaikeaa ja vaatii huomattavaa ammattitaitoa; Kun alustan leveys on yli 2000 mm, sivuttaistasaisuutta on erittäin vaikea hallita, ja vain harvat valmistajat voivat käsitellä sitä hyvin. Tuotantoerän (eli pinnoitteen pituuden) kasvaessa pitkittäinen tasaisuus voi olla suurempi haaste tai vaikeus kuin poikittaistasaisuus.