Liitiumakude katmisprotsess ja defektid

Liitiumakude katmisprotsess ja defektid

01

Katmisprotsessi mõju liitiumakude jõudlusele

Polaarne katmine viitab üldiselt protsessile, mille käigus segatakse suspensioon ühtlaselt voolukollektorile ja kuivatatakse lobris olevad orgaanilised lahustid. Katteefekt mõjutab oluliselt aku mahtuvust, sisemist takistust, tsükli eluiga ja ohutust, tagades elektroodi ühtlase katte. Katmismeetodite ja juhtimisparameetrite valikul on liitium-ioonakude jõudlusele oluline mõju, mis avaldub peamiselt:

1) Katte kuivamistemperatuuri juhtimine: Kui kuivamistemperatuur on katmise ajal liiga madal, ei saa see tagada elektroodi täielikku kuivamist. Kui temperatuur on liiga kõrge, võib see olla tingitud elektroodi sees olevate orgaaniliste lahustite kiirest aurustumisest, mille tulemuseks on pragunemine, koorumine ja muud elektroodi pinnakatte nähtused;

2) Katte pinna tihedus: kui katte pinna tihedus on liiga väike, ei pruugi aku mahtuvus jõuda nimimahtuvuseni. Kui katte pinna tihedus on liiga kõrge, on lihtne põhjustada koostisosade raiskamist. Rasketel juhtudel, kui positiivse elektroodi maht on ülemäärane, tekivad liitiumdendriidid liitiumi sadenemise tõttu, mis läbistavad aku eraldaja ja põhjustavad lühise, mis kujutab endast ohtu ohutusele;

3) Katte suurus: kui katte suurus on liiga väike või liiga suur, võib see põhjustada selle, et aku sees olev positiivne elektrood ei ole negatiivse elektroodiga täielikult kaetud. Laadimisprotsessi ajal sisestatakse liitiumioonid positiivselt elektroodilt ja liiguvad elektrolüüti, mida negatiivne elektrood täielikult ei kata. Positiivse elektroodi tegelikku võimsust ei saa tõhusalt ära kasutada. Rasketel juhtudel võivad aku sees tekkida liitiumdendriidid, mis võivad separaatori kergesti läbi torgata ja põhjustada sisemise vooluringi kahjustusi;

4) Katte paksus: kui katte paksus on liiga õhuke või liiga paks, mõjutab see järgnevat elektroodi valtsimisprotsessi ega saa tagada aku elektroodi jõudluse järjepidevust.

Lisaks on elektroodide katmisel suur tähtsus akude ohutuse seisukohalt. Enne katmist tuleks teha 5S-tööd tagamaks, et katmisprotsessi käigus ei seguneks elektroodi osakesi, prahti, tolmu vms. Kui praht seguneb, põhjustab see akus mikrolühise, mis võib rasketel juhtudel põhjustada tulekahju ja plahvatuse.

02

Pindamisseadmete ja katmisprotsessi valik

Üldine katmisprotsess hõlmab: lahtikerimist → splaissimist → tõmbamist → pinge kontrolli → katmist → kuivatamist → korrigeerimist → pinge kontrolli → korrigeerimist → mähistamist ja muid protsesse. Katmisprotsess on keeruline ja katmise efekti mõjutavad ka paljud tegurid, nagu katmisseadmete valmistamise täpsus, seadmete töö sujuvus, dünaamilise pinge juhtimine katmisprotsessi ajal, õhuvoolu suurus katmisprotsessi ajal. kuivatusprotsess ja temperatuuri reguleerimise kõver. Seetõttu on sobiva katmisprotsessi valimine äärmiselt oluline.

Katmismeetodi üldisel valikul tuleb arvesse võtta järgmisi aspekte, sealhulgas: kaetavate kihtide arv, märja katte paksus, kattevedeliku reoloogilised omadused, nõutav katmise täpsus, katte tugi või aluspind ja katte kiirus.

Lisaks ülaltoodud teguritele on vaja arvestada ka elektroodi katte konkreetset olukorda ja omadusi. Liitium-ioonaku elektroodide katte omadused on järgmised: ① kahepoolne ühekihiline kate; ② Läga märgkate on suhteliselt paks (100-300 μm) ③ Läga on mitte-Newtoni kõrge viskoossusega vedelik; ④ Polaarse kilekatte täpsusnõue on kõrge, sarnaselt kilekattega; ⑤ Katte tugikorpus paksusega 10-20 μ Alumiiniumfoolium ja vaskfoolium m; ⑥ Võrreldes kilekatte kiirusega ei ole polaarkile katmise kiirus suur. Võttes arvesse ülaltoodud tegureid, kasutavad üldised laboriseadmed sageli kaabitsatüüpi, tarbijaliitiumioonakud kasutavad sageli rullkatte ülekandetüüpi ja toiteakud kasutavad sageli kitsa pilu ekstrusioonimeetodit.

Kaabitsakate: tööpõhimõte on näidatud joonisel 1. Fooliumist aluspind läbib katmisrulli ja puutub vahetult kokku lägapaaki. Liigne läga kantakse fooliumist aluspinnale. Kui aluspind liigub katterulli ja kaabitsa vahelt, määrab kaabitsa ja aluspinna vaheline vahe katte paksuse. Samal ajal kraabitakse üleliigne läga maha ja keedetakse tagasijooksul, moodustades aluspinna pinnale ühtlase katte. Peamised kaabitsatüübid on komakaabitsad. Komakaabits on kattepea üks põhikomponente. Tavaliselt töödeldakse seda mööda generaatorit ringikujulise rulli pinnal, et moodustada koma sarnane tera. Seda tüüpi kaabitsatel on kõrge tugevus ja kõvadus, katte kogust ja täpsust on lihtne kontrollida ning see sobib suure tahke ainesisalduse ja kõrge viskoossusega suspensioonide jaoks.

Rullkatte ülekandmise tüüp: katterulli pöörleb, et juhtida läga, reguleerida läga ülekande kogust komakaabitsa vahelise pilu kaudu ning kasutada tagarulli ja katterulli pöörlemist, et viia läga aluspinnale. Protsess on näidatud joonisel 2. Rullkatte ülekandmine hõlmab kahte põhiprotsessi: (1) katterulli pöörlemine ajab läga läbi mõõterullikute vahelise pilu, moodustades teatud paksusega lägakihi; (2) Teatud paksusega lägakiht kantakse fooliumile, pöörates katterulli ja tagarulli vastassuundades katte moodustamiseks.

Kitsa piluga ekstrusioonkate: täppis-märgkatmistehnoloogiana, nagu on näidatud joonisel 3, on tööpõhimõte see, et kattevedelik pressitakse välja ja pihustatakse teatud rõhu ja voolukiirusega mööda kattevormi pilusid ning kantakse aluspinnale. . Võrreldes teiste katmismeetoditega on sellel palju eeliseid, nagu kiire katmiskiirus, suur täpsus ja ühtlane märgpaksus; Kattesüsteem on suletud, mis võib takistada saasteainete sisenemist katmisprotsessi ajal. Läga kasutusmäär on kõrge ja läga omadused on stabiilsed. Seda saab katta korraga mitme kihina. Ja see võib kohaneda läga viskoossuse ja tahkete ainete sisalduse erinevate vahemikega ning sellel on tugevam kohanemisvõime võrreldes ülekandetehnoloogiaga.

03

Katte defektid ja mõjutegurid

Katte defektide vähendamine, katte kvaliteedi ja saagise parandamine ning kulude vähendamine katmisprotsessi käigus on olulised aspektid, mida tuleb katmisprotsessis uurida. Katmisprotsessis esinevad levinumad probleemid on paks pea ja õhuke saba, paksud servad mõlemal küljel, tumedad laigud, kare pind, katmata foolium ja muud defektid. Pea ja saba paksust saab reguleerida katteklapi või katkendklapi avanemis- ja sulgemisaja järgi. Paksude servade probleemi saab parandada, reguleerides läga omadusi, kattevahet, läga voolukiirust jne. Pinna karedust, ebatasasust ja triipe saab parandada fooliumi stabiliseerimise, kiiruse vähendamise, õhu nurga reguleerimisega. nuga jne.

Substraat – läga

Seos vedelsõnniku ja katte põhiliste füüsikaliste omaduste vahel: tegelikus protsessis avaldab läga viskoossus teatud mõju katteefektile. Valmistatud lobri viskoossus varieerub sõltuvalt elektroodi toorainest, lobri vahekorrast ja valitud sideaine tüübist. Kui lobri viskoossus on liiga kõrge, ei saa katmist sageli pidevalt ja stabiilselt teostada ning see mõjutab ka katteefekti.

Kattelahuse ühtlust, stabiilsust, serva- ja pinnamõjusid mõjutavad kattelahuse reoloogilised omadused, mis määravad otseselt katte kvaliteedi. Katteakna uurimiseks saab kasutada teoreetilist analüüsi, katmise eksperimentaalseid tehnikaid, vedeliku dünaamika lõplike elementide tehnikaid ja muid uurimismeetodeid, mis on stabiilse katmise ja ühtlase katte saamiseks protsessi töövahemik.

Substraat – vaskfoolium ja alumiiniumfoolium

Pindpinevus: vask-alumiiniumfooliumi pindpinevus peab olema suurem kui kaetud lahuse pindpinevus, vastasel juhul on lahust raske aluspinnale tasaseks laotada, mille tulemuseks on halb katte kvaliteet. Üks põhimõte, mida järgida, on see, et kaetava lahuse pindpinevus peaks olema 5 dynes/cm madalam kui substraadil, kuigi see on vaid ligikaudne hinnang. Lahuse ja substraadi pindpinevust saab reguleerida substraadi valemi või pinnatöötluse reguleerimisega. Nende kahe vahelise pindpinevuse mõõtmist tuleks samuti käsitleda kvaliteedikontrolli katseobjektina.

Ühtlane paksus: kaabitsaga katmisega sarnases protsessis võib aluspinna ristpinna ebaühtlane paksus põhjustada ebaühtlase katte paksuse. Kuna katmisprotsessis reguleerib katte paksust kaabitsa ja aluspinna vaheline pilu. Kui aluspinna paksus on horisontaalselt väiksem, siis läbib seda piirkonda rohkem lahust ning ka katte paksus on paksem ja vastupidi. Kui aluspinna paksuse kõikumine on paksusmõõturilt näha, näitab ka lõplik kile paksuse kõikumine sama kõrvalekallet. Lisaks võib külgmine paksuse hälve põhjustada ka mähise defekte. Nii et selliste defektide vältimiseks on oluline kontrollida tooraine paksust

Staatiline elekter: Pindamisliinil tekib lahtikerimisel ja rullide läbimisel aluspinna pinnale palju staatilist elektrit. Tekkiv staatiline elekter võib kergesti adsorbeerida rullile õhku ja tuhakihti, mille tulemuseks on katte defektid. Tühjendamisprotsessi ajal võib staatiline elekter põhjustada ka kattepinna elektrostaatilisi välimusvigu ja tõsisemalt isegi tulekahjusid. Kui niiskus on talvel madal, on staatilise elektri probleem pindamisliinil rohkem silmatorkav. Kõige tõhusam viis selliste defektide vähendamiseks on hoida keskkonna niiskust võimalikult kõrgel, maandada kattetraati ja paigaldada mõned antistaatilised seadmed.

Puhtus: Aluspinna pinnal olevad lisandid võivad põhjustada mõningaid füüsilisi defekte, nagu väljaulatuvad osad, mustus jne. Seega on aluspindade tootmisprotsessis vaja hästi kontrollida tooraine puhtust. Veebipõhised membraanipuhastusrullid on suhteliselt tõhus meetod aluspinna lisandite eemaldamiseks. Kuigi kõiki membraanil olevaid lisandeid ei saa eemaldada, võib see tõhusalt parandada tooraine kvaliteeti ja vähendada kadusid.

04

Liitiumaku pooluste defektide kaart

【1】 Mullidefektid liitium-ioonakude negatiivse elektroodi kattes

Vasakpoolsel pildil mullidega negatiivse elektroodi plaat ja paremal pildil skaneeriva elektronmikroskoobi 200x suurendus. Segamise, transportimise ja katmise käigus seguneb tolm või pikad helbed ja muud võõrkehad kattelahusesse või langevad märja katte pinnale. Katte pindpinevust selles punktis mõjutavad välised jõud, põhjustades muutusi molekulidevahelistes jõududes, mille tulemuseks on läga kerge ülekandumine. Pärast kuivatamist moodustuvad õhukese keskkohaga ringikujulised märgid.

【2】 Pinhole

Üks neist on mullide tekitamine (segamisprotsess, transpordiprotsess, katmisprotsess); Mullidest põhjustatud aukude defekt on suhteliselt lihtne mõista. Märjas kiles olevad mullid migreeruvad sisemisest kihist kile pinnale ja rebenevad pinnal, moodustades nõelaaugu defekti. Mullid tulenevad peamiselt halvast voolavusest, halvast tasandamisest ja mullide halvast vabanemisest segamise, vedeliku transportimise ja katmisprotsesside käigus.

【3】 Kriimud

Võimalikud põhjused: Võõrkehade või suurte osakeste kinnijäämine kitsasse pilusse või kattevahesse, substraadi halb kvaliteet, mille tõttu võõrkehad blokeerivad katterulli ja tagumise rulli vahelist kattevahet ning vormi huule kahjustamine.

【4】 Paks serv

Paksude servade tekke põhjuseks on lobri pindpinevus, mis põhjustab läga migreerumist elektroodi katmata serva suunas, moodustades pärast kuivamist paksud servad.

【5】 Agregeeritud osakesed negatiivse elektroodi pinnal

Valem: Sfääriline grafiit+SUPER C65+CMC+destilleeritud vesi

Kahe erineva segamisprotsessiga polarisaatorite makromorfoloogia: sile pind (vasakul) ja suure hulga väikeste osakeste olemasolu pinnal (paremal)

Valem: sfääriline grafiit+SUPER C65+CMC/SBR+destilleeritud vesi

Elektroodi pinnal olevate väikeste osakeste (a ja b) suurenenud morfoloogia: juhtivate ainete agregaadid, mitte täielikult hajutatud.

Siledate pindade polarisaatorite suurenenud morfoloogia: juhtiv aine on täielikult hajutatud ja ühtlaselt jaotunud.

【6】 Aglomeeritud osakesed positiivse elektroodi pinnal

Valem: NCA+atsetüleenmust+PVDF+NMP

Segamisprotsessi ajal on keskkonna niiskus liiga kõrge, mistõttu läga muutub tarretiseks, juhtiv aine ei ole täielikult hajutatud ja pärast valtsimist on polarisaatori pinnal palju osakesi.

【7】 Praod veesüsteemi polaarplaatides

Valem: NMC532/tahm/sideaine = 90/5/5 massi%, vesi/isopropanool (IPA) lahusti

Optilised fotod pinnapragudest polarisaatoritel, kattetihedustega (a) 15 mg/cm2, (b) 17,5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2 ja (d) 25 mg/cm2. Paksud polarisaatorid on rohkem pragude tekkeks.

【8】 Polarisaatori pinna kokkutõmbumine

Valem: helbegrafiit+SP+CMC/SBR+destilleeritud vesi

Saasteaineosakeste esinemine fooliumi pinnal toob kaasa märja kile madala pindpinevuse osakeste pinnal. Vedelkile kiirgab ja migreerub osakeste perifeeria suunas, moodustades kokkutõmbumispunktide defekte.

【9】 Kriimustused elektroodi pinnal

Valem: NMC532+SP+PVdF+NMP

Kitsa õmblusega ekstrusioonkate, mille lõikeserval on suured osakesed, mis põhjustavad fooliumi leket ja kriimustusi elektroodi pinnal.

【10】 Vertikaalsete triipude katmine

Valem: NCA+SP+PVdF+NMP

Ülekande katmise hilisemas etapis suureneb läga veeimav viskoossus, lähenedes katmise ajal katteakna ülemisele piirile, mille tulemuseks on läga halb tasandus ja vertikaalsete triipude moodustumine.

【11】 Rulli pressimispraod piirkonnas, kus polaarkile pole täielikult kuivanud

Valem: helbegrafiit+SP+CMC/SBR+destilleeritud vesi

Katmise ajal ei ole polarisaatori keskmine ala täielikult kuivanud ning rullimise ajal kate migreerub, moodustades ribakujulisi pragusid.

【12】 Servakortsud polaarrulli vajutamisel

Katmise, rullpressimise ja katte servade kortsumise tagajärjel tekkivate paksude servade nähtus

【13】 Negatiivne elektroodi lõikav kate on fooliumist eraldunud

Valem: looduslik grafiit+atsetüleenmust+CMC/SBR+destilleeritud vesi, toimeaine suhe 96%

Polaarketta lõikamisel eralduvad kate ja foolium.

【14】 Serva lõikamine

Positiivse elektroodi ketta lõikamise ajal põhjustab ebastabiilne pingekontroll sekundaarse lõikamise ajal fooliumijääkide teket.

【15】 Polaarse viilu lõikelaine serv

Negatiivse elektroodi ketta lõikamisel tekivad lõiketerade sobimatu kattumise ja surve tõttu sisselõike laineservad ja katte eraldumine.

【16】 Muud levinud kattedefektid hõlmavad õhu imbumist, külglaineid, longust, nire, paisumist, veekahjustusi jne

Defektid võivad ilmneda igas töötlemisetapis: katte ettevalmistamine, substraadi valmistamine, aluspinna töö, katmisala, kuivatusala, lõikamine, lõikamine, valtsimine jne. Milline on üldine loogiline meetod defektide lahendamiseks?

1.Protsessi käigus piloottootmisest kuni tootmiseni on vaja optimeerida toote valemit, katmis- ja kuivatamisprotsessi ning leida suhteliselt hea või lai protsessiaken.

2. Kasutage toodete kvaliteedi kontrollimiseks mõningaid kvaliteedikontrolli meetodeid ja statistilisi tööriistu (SPC). Jälgides ja kontrollides stabiilset katte paksust võrgus või kasutades visuaalse välimuse kontrollisüsteemi (Visual System), et kontrollida kattepinna defekte.

3. Toote defektide ilmnemisel korrigeerige protsessi õigeaegselt, et vältida korduvaid defekte.

05

Katte ühtlus

Katte nn ühtlus viitab kattekihi paksuse või liimikoguse jaotumise järjepidevusele kattepiirkonnas. Mida parem on katte paksuse või liimikoguse konsistents, seda parem on katte ühtlus ja vastupidi. Katte ühtsuse mõõtmiseks puudub ühtne mõõteindeks, mida saab mõõta kattekihi paksuse või liimikoguse hälbe või protsentuaalse kõrvalekalde järgi teatud piirkonna igas punktis võrreldes kattekihi keskmise paksuse või liimaine kogusega selles piirkonnas või erinevus maksimaalse ja minimaalse katte paksuse või liimikoguse vahel teatud piirkonnas. Katte paksust väljendatakse tavaliselt µm-des.

Katte ühtlust kasutatakse pinnakatte üldise seisukorra hindamiseks. Kuid tegelikus tootmises hoolitseme tavaliselt rohkem aluspinna ühtluse eest nii horisontaal- kui ka vertikaalsuunas. Niinimetatud horisontaalne ühtlus viitab katte laiuse suuna (või masina horisontaalsuuna) ühtlusele. Niinimetatud pikisuunaline ühtlus viitab ühtlusele katte pikkuse (või substraadi liikumissuuna) suunas.

Horisontaalsete ja vertikaalsete liimi pealekandmisvigade suuruses, mõjutegurites ja kontrollimeetodites on olulisi erinevusi. Üldiselt, mida suurem on aluspinna (või katte) laius, seda keerulisem on külgmist ühtlust kontrollida. Tuginedes aastatepikkusele praktilisele kogemusele võrgus katmisel, kui aluspinna laius on alla 800 mm, on külgmine ühtlus tavaliselt kergesti tagatud; Kui aluspinna laius on vahemikus 1300-1800 mm, saab külgmist ühtlust sageli hästi kontrollida, kuid see on teatud raskustega ja nõutav on märkimisväärne professionaalsuse tase; Kui aluspinna laius on üle 2000 mm, on külgmise ühtluse kontrollimine väga keeruline ja ainult vähesed tootjad saavad sellega hästi hakkama. Kui tootmispartii (st katte pikkus) suureneb, võib pikisuunaline ühtlus muutuda suuremaks raskuseks või väljakutseks kui põiki ühtsus.