Proseso ng patong at mga depekto ng mga baterya ng lithium

Proseso ng patong at mga depekto ng mga baterya ng lithium

01

Ang impluwensya ng proseso ng patong sa pagganap ng mga baterya ng lithium

Ang polar coating ay karaniwang tumutukoy sa isang proseso ng pantay na paglalagay ng hinahalo na slurry sa kasalukuyang collector at pagpapatuyo ng mga organikong solvent sa slurry. Ang epekto ng patong ay may malaking epekto sa kapasidad ng baterya, panloob na resistensya, buhay ng ikot, at kaligtasan, na tinitiyak ang pantay na patong ng elektrod. Ang pagpili ng mga pamamaraan ng patong at mga parameter ng kontrol ay may malaking epekto sa pagganap ng mga baterya ng lithium-ion, pangunahin na ipinakita sa:

1) Pagkontrol sa temperatura ng pagpapatuyo para sa patong: Kung ang temperatura ng pagpapatuyo ay masyadong mababa sa panahon ng patong, hindi nito magagarantiya ang kumpletong pagpapatuyo ng elektrod. Kung ang temperatura ay masyadong mataas, maaaring ito ay dahil sa mabilis na pagsingaw ng mga organikong solvent sa loob ng elektrod, na nagreresulta sa pag-crack, pagbabalat, at iba pang mga phenomena sa ibabaw na patong ng elektrod;

2) Densidad ng ibabaw ng coating: Kung masyadong maliit ang density ng ibabaw ng coating, maaaring hindi maabot ng kapasidad ng baterya ang nominal na kapasidad. Kung ang densidad ng ibabaw ng patong ay masyadong mataas, madaling magdulot ng pag-aaksaya ng mga sangkap. Sa mga malalang kaso, kung mayroong labis na positibong kapasidad ng elektrod, ang mga lithium dendrite ay mabubuo dahil sa pag-ulan ng lithium, na tumusok sa separator ng baterya at nagdudulot ng short circuit, na naglalagay ng panganib sa kaligtasan;

3) Laki ng coating: Kung ang laki ng coating ay masyadong maliit o masyadong malaki, maaari itong maging sanhi ng positibong elektrod sa loob ng baterya na hindi ganap na sakop ng negatibong elektrod. Sa panahon ng proseso ng pagsingil, ang mga lithium ions ay naka-embed mula sa positibong elektrod at lumipat sa electrolyte na hindi ganap na sakop ng negatibong elektrod. Ang aktwal na kapasidad ng positibong elektrod ay hindi maaaring magamit nang mahusay. Sa malalang kaso, maaaring mabuo ang mga lithium dendrite sa loob ng baterya, na madaling mabutas ang separator at magdulot ng pinsala sa panloob na circuit;

4) Kapal ng coating: Kung ang kapal ng coating ay masyadong manipis o masyadong makapal, makakaapekto ito sa kasunod na proseso ng pag-roll ng electrode at hindi magagarantiyahan ang consistency ng pagganap ng electrode ng baterya.

Bilang karagdagan, ang electrode coating ay may malaking kahalagahan para sa kaligtasan ng mga baterya. Bago ang patong, dapat gawin ang 5S na gawain upang matiyak na walang mga particle, debris, alikabok, atbp. na nahahalo sa elektrod sa panahon ng proseso ng patong. Kung magkakahalo ang anumang mga debris, magdudulot ito ng micro short circuit sa loob ng baterya, na maaaring humantong sa sunog at pagsabog sa mga malalang kaso.

02

Pagpili ng kagamitan sa patong at proseso ng patong

Kasama sa pangkalahatang proseso ng coating ang: uncoiling → splicing → pulling → tension control → coating → drying → correction → tension control → correction → winding, at iba pang proseso. Ang proseso ng patong ay kumplikado, at mayroon ding maraming mga kadahilanan na nakakaapekto sa epekto ng patong, tulad ng katumpakan ng pagmamanupaktura ng kagamitan sa patong, ang kinis ng pagpapatakbo ng kagamitan, ang kontrol ng dynamic na pag-igting sa panahon ng proseso ng patong, ang laki ng daloy ng hangin sa panahon ng ang proseso ng pagpapatayo, at ang curve ng pagkontrol sa temperatura. Samakatuwid, ang pagpili ng angkop na proseso ng patong ay napakahalaga.

Ang pangkalahatang pagpili ng paraan ng patong ay kailangang isaalang-alang ang mga sumusunod na aspeto, kabilang ang: ang bilang ng mga layer na pahiran, ang kapal ng basang patong, ang mga rheological na katangian ng patong na likido, ang kinakailangang katumpakan ng patong, ang suporta sa patong o substrate, at ang bilis ng coating.

Bilang karagdagan sa mga kadahilanan sa itaas, kinakailangan ding isaalang-alang ang tiyak na sitwasyon at mga katangian ng patong ng elektrod. Ang mga katangian ng lithium-ion battery electrode coating ay: ① double-sided single-layer coating; ② Ang wet coating ng slurry ay medyo makapal (100-300 μm) ③ Ang slurry ay isang non Newtonian high viscosity fluid; ④ Ang katumpakan na kinakailangan para sa polar film coating ay mataas, katulad ng sa film coating; ⑤ Coating support body na may kapal na 10-20 μ Aluminum foil at copper foil na m; ⑥ Kung ikukumpara sa bilis ng coating ng pelikula, ang bilis ng coating ng polar film ay hindi mataas. Isinasaalang-alang ang mga salik sa itaas, ang pangkalahatang kagamitan sa laboratoryo ay kadalasang gumagamit ng uri ng scraper, ang mga consumer ng lithium-ion na baterya ay kadalasang gumagamit ng roller coating transfer type, at ang mga power batteries ay kadalasang gumagamit ng makitid na slot extrusion na paraan.

Scraper coating: Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay ipinapakita sa Figure 1. Ang foil substrate ay dumadaan sa coating roller at direktang nakikipag-ugnayan sa slurry tank. Ang labis na slurry ay inilalapat sa foil substrate. Kapag ang substrate ay dumaan sa pagitan ng coating roller at ng scraper, tinutukoy ng agwat sa pagitan ng scraper at substrate ang kapal ng coating. Kasabay nito, ang labis na slurry ay nasimot at na-reflux, na bumubuo ng isang pare-parehong patong sa ibabaw ng substrate. Ang mga pangunahing uri ng mga scraper ay mga comma scraper. Ang comma scraper ay isa sa mga pangunahing bahagi sa ulo ng patong. Ito ay karaniwang ginagawa sa kahabaan ng generatrix sa ibabaw ng circular roller upang bumuo ng isang kuwit na parang talim. Ang ganitong uri ng scraper ay may mataas na lakas at tigas, madaling kontrolin ang dami at katumpakan ng patong, at angkop para sa mataas na solidong nilalaman at mataas na lagkit na mga slurries.

Uri ng paglipat ng roller coating: Ang coating roller ay umiikot upang himukin ang slurry, ayusin ang halaga ng slurry transfer sa pagitan ng comma scraper, at gamitin ang pag-ikot ng back roller at coating roller upang ilipat ang slurry sa substrate. Ang proseso ay ipinapakita sa Figure 2. Ang roller coating transfer coating ay nagsasangkot ng dalawang pangunahing proseso: (1) Ang pag-ikot ng coating roller ay nagtutulak sa slurry na dumaan sa puwang sa pagitan ng mga pagsukat ng roller, na bumubuo ng isang tiyak na kapal ng slurry layer; (2) Ang isang tiyak na kapal ng slurry layer ay inililipat sa foil sa pamamagitan ng pag-ikot ng coating roller at back roller sa magkasalungat na direksyon upang bumuo ng coating.

Makitid na slit extrusion coating: Bilang isang precision wet coating na teknolohiya, tulad ng ipinapakita sa Figure 3, ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay ang coating liquid ay na-extruded at na-spray sa mga gaps ng coating mold sa ilalim ng isang tiyak na presyon at rate ng daloy, at inilipat sa substrate . Kung ikukumpara sa iba pang mga pamamaraan ng patong, mayroon itong maraming mga pakinabang, tulad ng mabilis na bilis ng patong, mataas na katumpakan, at pare-parehong basa na kapal; Ang sistema ng patong ay nakapaloob, na maaaring pigilan ang mga pollutant mula sa pagpasok sa panahon ng proseso ng patong. Ang rate ng paggamit ng slurry ay mataas, at ang mga katangian ng slurry ay matatag. Maaari itong pahiran sa maraming mga layer nang sabay-sabay. At maaari itong umangkop sa iba't ibang hanay ng slurry viscosity at solid content, at may mas malakas na adaptability kumpara sa transfer coating technology.

03

Mga depekto sa patong at nakakaimpluwensyang mga kadahilanan

Ang pagbabawas ng mga depekto sa patong, pagpapabuti ng kalidad at ani ng patong, at pagbabawas ng mga gastos sa panahon ng proseso ng patong ay mahalagang mga aspeto na kailangang pag-aralan sa proseso ng patong. Ang mga karaniwang problema na nangyayari sa proseso ng patong ay ang makapal na ulo at manipis na buntot, makapal na gilid sa magkabilang gilid, madilim na batik, magaspang na ibabaw, nakalantad na foil, at iba pang mga depekto. Ang kapal ng ulo at buntot ay maaaring iakma sa pamamagitan ng oras ng pagbubukas at pagsasara ng balbula ng patong o pasulput-sulpot na balbula. Ang problema ng makapal na mga gilid ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga katangian ng slurry, coating gap, slurry flow rate, atbp. Ang pagkamagaspang sa ibabaw, hindi pantay, at mga guhitan ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pag-stabilize ng foil, pagbabawas ng bilis, pagsasaayos ng anggulo ng hangin kutsilyo, atbp.

Substrate - Mapurol

Ang relasyon sa pagitan ng mga pangunahing pisikal na katangian ng slurry at coating: Sa aktwal na proseso, ang lagkit ng slurry ay may tiyak na epekto sa epekto ng patong. Ang lagkit ng slurry na inihanda ay nag-iiba depende sa electrode raw materials, slurry ratio, at ang uri ng binder na napili. Kapag ang lagkit ng slurry ay masyadong mataas, ang patong ay madalas na hindi maaaring isagawa nang tuluy-tuloy at matatag, at ang epekto ng patong ay apektado din.

Ang pagkakapareho, katatagan, gilid at mga epekto sa ibabaw ng solusyon sa patong ay naiimpluwensyahan ng mga rheological na katangian ng solusyon sa patong, na direktang tumutukoy sa kalidad ng patong. Ang theoretical analysis, coating experimental techniques, fluid dynamics finite element techniques, at iba pang research method ay maaaring gamitin para pag-aralan ang coating window, na kung saan ay ang process operation range para sa stable na coating at pagkuha ng uniform coating.

Substrate - Copper foil at aluminum foil

Pag-igting sa ibabaw: Ang pag-igting sa ibabaw ng tansong aluminum foil ay dapat na mas mataas kaysa sa pag-igting sa ibabaw ng solusyon na pinahiran, kung hindi, ang solusyon ay magiging mahirap na kumalat nang patag sa substrate, na nagreresulta sa mahinang kalidad ng patong. Ang isang prinsipyong dapat sundin ay ang tensyon sa ibabaw ng solusyon na pahiran ay dapat na 5 dynes/cm na mas mababa kaysa sa substrate, bagama't ito ay isang magaspang na pagtatantya lamang. Ang pag-igting sa ibabaw ng solusyon at substrate ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagsasaayos ng formula o paggamot sa ibabaw ng substrate. Ang pagsukat ng pag-igting sa ibabaw sa pagitan ng dalawa ay dapat ding ituring bilang isang item sa pagsubok ng kalidad ng kontrol.

Uniform na kapal: Sa prosesong katulad ng scraper coating, ang hindi pantay na kapal ng transverse surface ng substrate ay maaaring humantong sa hindi pantay na kapal ng coating. Dahil sa proseso ng patong, ang kapal ng patong ay kinokontrol ng puwang sa pagitan ng scraper at ng substrate. Kung mayroong isang mas mababang kapal ng substrate nang pahalang, magkakaroon ng mas maraming solusyon na dumadaan sa lugar na iyon, at ang kapal ng patong ay magiging mas makapal, at kabaliktaran. Kung ang pagbabagu-bago ng kapal ng substrate ay makikita mula sa gauge ng kapal, ang huling pagbabago ng kapal ng pelikula ay magpapakita rin ng parehong paglihis. Bilang karagdagan, ang paglihis ng lateral na kapal ay maaari ring humantong sa mga depekto sa paikot-ikot. Kaya't upang maiwasan ang gayong mga depekto, mahalagang kontrolin ang kapal ng mga hilaw na materyales

Static na kuryente: Sa coating line, maraming static na kuryente ang nabubuo sa ibabaw ng substrate kapag inilapat sa pag-unwinding at pagdaan sa mga roller. Ang nabuong static na kuryente ay madaling ma-adsorb ang hangin at ang layer ng abo sa roller, na nagreresulta sa mga depekto sa patong. Sa panahon ng proseso ng paglabas, ang static na kuryente ay maaari ding maging sanhi ng mga depekto sa hitsura ng electrostatic sa ibabaw ng coating, at mas seryoso, maaari pa itong magdulot ng sunog. Kung mababa ang halumigmig sa taglamig, ang problema sa static na kuryente sa linya ng patong ay magiging mas kitang-kita. Ang pinaka-epektibong paraan upang mabawasan ang mga naturang depekto ay ang panatilihing mataas ang kahalumigmigan sa kapaligiran hangga't maaari, i-ground ang coating wire, at mag-install ng ilang anti-static na device.

Kalinisan: Ang mga dumi sa ibabaw ng substrate ay maaaring magdulot ng ilang pisikal na depekto, tulad ng mga protrusions, dumi, atbp. Kaya sa proseso ng produksyon ng mga substrate, kinakailangang kontrolin nang mabuti ang kalinisan ng mga hilaw na materyales. Ang online na mga roller ng paglilinis ng lamad ay isang medyo epektibong paraan para sa pag-alis ng mga dumi ng substrate. Bagaman hindi lahat ng mga dumi sa lamad ay maaaring alisin, maaari itong epektibong mapabuti ang kalidad ng mga hilaw na materyales at mabawasan ang mga pagkalugi.

04

Mapa ng Depekto ng Lithium Battery Poles

【1】 Mga bubble na depekto sa negatibong electrode coating ng mga lithium-ion na baterya

Ang negatibong electrode plate na may mga bula sa kaliwang larawan at ang 200x na pag-magnify ng scanning electron microscope sa kanang larawan. Sa panahon ng proseso ng paghahalo, transportasyon, at patong, ang alikabok o mahabang floc at iba pang mga dayuhang bagay ay humahalo sa solusyon sa patong o nahuhulog sa ibabaw ng basang patong. Ang pag-igting sa ibabaw ng patong sa puntong ito ay apektado ng mga panlabas na puwersa, na nagiging sanhi ng mga pagbabago sa mga puwersa ng intermolecular, na nagreresulta sa banayad na paglipat ng slurry. Pagkatapos ng pagpapatayo, ang mga pabilog na marka ay nabuo, na may isang manipis na sentro.

【2】 Pinhole

Ang isa ay ang henerasyon ng mga bula (proseso ng pagpapakilos, proseso ng transportasyon, proseso ng patong); Ang depekto ng pinhole na dulot ng mga bula ay medyo madaling maunawaan. Ang mga bula sa basang pelikula ay lumilipat mula sa panloob na layer patungo sa ibabaw ng pelikula, at pumuputok sa ibabaw upang bumuo ng pinhole defect. Ang mga bula ay pangunahing nagmumula sa mahinang pagkalikido, mahinang leveling, at mahinang paglabas ng mga bula sa panahon ng paghahalo, likidong transportasyon, at mga proseso ng coating.

【3】 Mga gasgas

Mga posibleng dahilan: Naipit ang mga dayuhang bagay o malalaking particle sa makitid na puwang o coating gap, mahinang kalidad ng substrate, na nagiging sanhi ng mga dayuhang bagay na humaharang sa coating gap sa pagitan ng coating roller at back roller, at pinsala sa mold lip.

【4】 Makapal na gilid

Ang dahilan para sa pagbuo ng makapal na mga gilid ay hinihimok ng pag-igting sa ibabaw ng slurry, na nagiging sanhi ng pag-migrate ng slurry patungo sa uncoated na gilid ng elektrod, na bumubuo ng makapal na mga gilid pagkatapos ng pagpapatayo.

【5】 Pinagsama-samang mga particle sa negatibong ibabaw ng elektrod

Formula: Spherical graphite+SUPER C65+CMC+distilled water

Macro morphology ng mga polarizer na may dalawang magkaibang proseso ng pagpapakilos: makinis na ibabaw (kaliwa) at pagkakaroon ng malaking bilang ng maliliit na particle sa ibabaw (kanan)

Formula: Spherical graphite+SUPER C65+CMC/SBR+Distilled water

Pinalaki ang morpolohiya ng maliliit na particle sa ibabaw ng electrode (a at b): Mga pinagsama-samang conductive agent, hindi ganap na nakakalat.

Pinalaki ang morpolohiya ng makinis na mga polarizer sa ibabaw: Ang conductive agent ay ganap na nakakalat at pantay na ipinamamahagi.

【6】 Pinagsama-samang mga particle sa positibong ibabaw ng elektrod

Formula: NCA+acetylene black+PVDF+NMP

Sa panahon ng proseso ng paghahalo, ang kahalumigmigan sa kapaligiran ay masyadong mataas, na nagiging sanhi ng slurry na maging halaya, ang conductive agent ay hindi ganap na nakakalat, at mayroong isang malaking bilang ng mga particle sa ibabaw ng polarizer pagkatapos ng rolling.

【7】 Mga bitak sa mga polar plate ng water system

Formula: NMC532/carbon black/binder=90/5/5 wt%, tubig/isopropanol (IPA) solvent

Mga optical na larawan ng mga bitak sa ibabaw sa mga polarizer, na may mga density ng coating na (a) 15 mg/cm2, (b) 17.5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2, at (d) 25 mg/cm2, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga makapal na polarizer ay mas madaling kapitan ng mga bitak.

【8】 Pag-urong sa ibabaw ng polarizer

Formula: flake graphite+SP+CMC/SBR+distilled water

Ang pagkakaroon ng mga pollutant na particle sa ibabaw ng foil ay nagreresulta sa mababang surface tension area ng basang film sa ibabaw ng mga particle. Ang likidong pelikula ay naglalabas at lumilipat patungo sa paligid ng mga particle, na bumubuo ng mga depekto sa pag-urong.

【9】 Mga gasgas sa ibabaw ng elektrod

Formula: NMC532+SP+PVdF+NMP

Makitid na seam extrusion coating, na may malalaking particle sa cutting edge na nagdudulot ng foil leakage at mga gasgas sa ibabaw ng electrode.

【10】 Pinapatong ang mga patayong guhit

Formula: NCA+SP+PVdF+NMP

Sa huling yugto ng paglipat ng patong, ang lagkit ng pagsipsip ng tubig ng slurry ay tumataas, na lumalapit sa itaas na limitasyon ng window ng patong sa panahon ng patong, na nagreresulta sa hindi magandang leveling ng slurry at ang pagbuo ng mga vertical na guhit.

【11】 Roll pressing crack sa lugar kung saan ang polar film ay hindi ganap na natuyo

Formula: flake graphite+SP+CMC/SBR+distilled water

Sa panahon ng patong, ang gitnang lugar ng polarizer ay hindi ganap na tuyo, at sa panahon ng pag-roll, ang patong ay lumilipat, na bumubuo ng mga bitak na hugis ng strip.

【12】 Edge wrinkles ng polar roller pressing

Ang kababalaghan ng makapal na mga gilid na nabuo sa pamamagitan ng patong, pagpindot ng roller, at pagkunot ng mga gilid ng patong.

【13】 Ang negatibong electrode cutting coating ay nakahiwalay sa foil

Formula: natural graphite+acetylene black+CMC/SBR+distilled water, active substance ratio 96%

Kapag ang polar disc ay pinutol, ang coating at foil ay natanggal.

【14】 Edge cutting burrs

Sa panahon ng pagputol ng positibong electrode disc, ang hindi matatag na kontrol ng tensyon ay humahantong sa pagbuo ng mga foil burr sa panahon ng pangalawang pagputol.

【15】 Polar slice cutting wave edge

Sa panahon ng pagputol ng negatibong electrode disc, dahil sa hindi naaangkop na overlap at presyon ng mga cutting blades, ang mga gilid ng alon at coating detachment ng incision ay nabuo.

【16】 Ang iba pang karaniwang mga depekto sa coating ay kinabibilangan ng air infiltration, lateral waves, sagging, Rivulet, expansion, water damage, atbp.

Maaaring mangyari ang mga depekto sa anumang yugto ng pagpoproseso: paghahanda ng patong, paggawa ng substrate, pagpapatakbo ng substrate, lugar ng patong, lugar ng pagpapatuyo, paggupit, paghiwa, proseso ng rolling, atbp. Ano ang pangkalahatang lohikal na pamamaraan para sa paglutas ng mga depekto?

1. Sa panahon ng proseso mula sa pilot production hanggang sa produksyon, kinakailangang i-optimize ang formula ng produkto, coating at proseso ng pagpapatuyo, at maghanap ng medyo maganda o malawak na window ng proseso.

2. Gumamit ng ilang paraan ng pagkontrol sa kalidad at mga tool sa istatistika (SPC) upang makontrol ang kalidad ng mga produkto. Sa pamamagitan ng pagsubaybay at pagkontrol sa matatag na kapal ng coating online, o paggamit ng visual appearance inspection system (Visual System) upang suriin kung may mga depekto sa ibabaw ng coating.

3. Kapag nagkaroon ng mga depekto sa produkto, ayusin ang proseso sa isang napapanahong paraan upang maiwasan ang mga paulit-ulit na depekto.

05

Pagkakapareho ng patong

Ang tinatawag na pagkakapareho ng patong ay tumutukoy sa pagkakapare-pareho ng pamamahagi ng kapal ng patong o halaga ng malagkit sa loob ng lugar ng patong. Kung mas mahusay ang pagkakapare-pareho ng kapal ng patong o halaga ng malagkit, mas mahusay ang pagkakapareho ng patong, at kabaliktaran. Walang pinag-isang index ng pagsukat para sa pagkakapareho ng patong, na maaaring masukat sa pamamagitan ng paglihis o porsyento ng paglihis ng kapal ng patong o halaga ng malagkit sa bawat punto sa isang partikular na lugar na may kaugnayan sa average na kapal ng patong o halaga ng malagkit sa lugar na iyon, o ng pagkakaiba sa pagitan ng maximum at minimum na kapal ng coating o halaga ng malagkit sa isang partikular na lugar. Ang kapal ng patong ay karaniwang ipinahayag sa µ m.

Ang pagkakapareho ng patong ay ginagamit upang suriin ang pangkalahatang kondisyon ng patong ng isang lugar. Ngunit sa aktwal na produksyon, kadalasan ay mas pinapahalagahan namin ang pagkakapareho sa parehong pahalang at patayong direksyon ng substrate. Ang tinatawag na pahalang na pagkakapareho ay tumutukoy sa pagkakapareho ng direksyon ng lapad ng patong (o pahalang na direksyon ng makina). Ang tinatawag na longitudinal uniformity ay tumutukoy sa pagkakapareho sa direksyon ng haba ng patong (o direksyon ng paglalakbay ng substrate).

May mga makabuluhang pagkakaiba sa laki, mga salik na nakakaimpluwensya, at mga paraan ng pagkontrol ng mga error sa paggamit ng pahalang at patayong glue. Sa pangkalahatan, mas malaki ang lapad ng substrate (o coating), mas mahirap kontrolin ang lateral uniformity. Batay sa mga taon ng praktikal na karanasan sa coating online, kapag ang lapad ng substrate ay mas mababa sa 800mm, ang lateral uniformity ay kadalasang madaling ginagarantiyahan; Kapag ang lapad ng substrate ay nasa pagitan ng 1300-1800mm, ang lateral uniformity ay madalas na mahusay na kontrolado, ngunit mayroong isang tiyak na kahirapan at isang malaking antas ng propesyonalismo ay kinakailangan; Kapag ang lapad ng substrate ay higit sa 2000mm, ang pagkontrol sa lateral uniformity ay napakahirap, at iilan lamang sa mga tagagawa ang makakahawak nito nang maayos. Kapag tumaas ang production batch (i.e. coating length), ang longitudinal uniformity ay maaaring maging mas mahirap o hamon kaysa transverse uniformity.