1. Påvirkningen av belegningsprosessen på ytelsen til litiumbatterier
Polarbelegg refererer generelt til en prosess med jevn belegning av en omrørt slurry på en strømkollektor og tørking av de organiske løsningsmidlene i slurryen. Beleggeffekten har en betydelig innvirkning på batterikapasitet, intern motstand, sykluslevetid og sikkerhet, og sikrer jevn belegging av elektrodeark. Valget av beleggmetoder og kontrollparametere har en betydelig innvirkning på ytelsen til litiumionbatterier, hovedsakelig manifestert i:
1) Beleggtørketemperaturkontroll: Hvis tørketemperaturen under belegningen er for lav, kan det ikke garantere fullstendig tørking av elektroden. Hvis temperaturen er for høy, kan det forårsake sprekker, avskalling og andre fenomener på overflatebelegget på elektroden på grunn av den raske fordampningen av organiske løsningsmidler inne i elektroden;
2) Beleggoverflatetetthet: Hvis beleggoverflatetettheten er for lav, kan det hende at batterikapasiteten ikke når den nominelle kapasiteten. Hvis beleggets overflatetetthet er for høy, er det lett å forårsake sløsing med ingredienser. I alvorlige tilfeller, hvis det er overkant av positiv elektrodekapasitet, kan litiumdendritter dannes på grunn av litiumutfelling og gjennombore batteriseparatoren, forårsake kortslutning og utgjøre en sikkerhetsrisiko;
3) Beleggstørrelse: Hvis beleggstørrelsen er for liten eller for stor, kan det føre til at den positive elektroden inne i batteriet ikke dekkes helt av den negative elektroden. Under ladeprosessen blir litiumioner innebygd fra den positive elektroden og beveger seg til elektrolytten som ikke er fullstendig dekket av den negative elektroden. Den faktiske kapasiteten til den positive elektroden kan ikke utnyttes effektivt, og i alvorlige tilfeller kan det dannes litiumdendritter inne i batteriet, som lett kan punktere separatoren og forårsake skade på batteriets indre krets;
4) Beleggtykkelse: Hvis beleggtykkelsen er for tynn eller for tykk, vil det påvirke den påfølgende elektroderulleprosessen og kan ikke garantere konsistensen av batterielektrodeytelsen.
I tillegg er elektrodebelegg av stor betydning for sikkerheten til batterier. Før maling bør det gjøres 5S-arbeid for å sikre at ingen partikler, rusk, støv osv. blandes inn i elektroden under malingsprosessen. Hvis rusk er blandet inn, kan det forårsake mikrokortslutninger inne i batteriet, og i alvorlige tilfeller kan det føre til batteribrann og eksplosjon.
2. Valg av belegningsutstyr og belegningsprosess
Den generelle belegningsprosessen inkluderer: avvikling → skjøting → trekking → spenningskontroll → belegg → tørking → korreksjon → spenningskontroll → korreksjon → vikling og andre prosesser. Belegningsprosessen er kompleks, og det er også mange faktorer som påvirker belegningseffekten, for eksempel produksjonsnøyaktigheten til belegningsutstyret, jevnheten til utstyrsoperasjonen, kontrollen av dynamisk spenning under belegningsprosessen, størrelsen på luften flyt under tørkeprosessen, og temperaturkontrollkurven. Derfor er det ekstremt viktig å velge riktig belegningsprosess.
Generelt, når du velger en belegningsmetode, må flere faktorer vurderes, inkludert antall lag som skal belegges, tykkelsen på det våte belegget, de reologiske egenskapene til belegningsvæsken, den nødvendige beleggnøyaktigheten, beleggstøtten eller underlaget, og belegningshastigheten.
I tillegg til de ovennevnte faktorene, er det også nødvendig å vurdere den spesifikke situasjonen og egenskapene til elektrodebelegg. Egenskapene til litiumion-batterielektrodebelegg er: ① dobbeltsidig enkeltlagsbelegg; ② Det våte belegget til slurryen er relativt tykt (100-300 μm); ③ Oppslemmingen er en ikke-newtonsk væske med høy viskositet; ④ Kravet til presisjon for polarfilmbelegg er høyt, likt det for filmbelegg; ⑤ Beleggstøtten består av aluminiumsfolie og kobberfolie med en tykkelse på 10-20 μm; ⑥ Sammenlignet med belegningshastigheten til filmen, er belegningshastigheten til polarisatoren ikke høy. Tatt i betraktning de ovennevnte faktorene, bruker laboratorieutstyr vanligvis en skrapetype, forbrukerlitiumionbatterier bruker for det meste en rullebeleggoverføringstype, og kraftbatterier bruker for det meste en spalteekstruderingsmetode.
Skrapebelegg: Foliesubstratet passerer gjennom belegningsvalsen og kommer direkte i kontakt med slamtanken. Overflødig slurry påføres folieunderlaget. Når substratet passerer mellom belegningsvalsen og skraperen, bestemmer gapet mellom skraperen og substratet beleggtykkelsen. Samtidig skrapes overflødig slurry av og tilbakeløp, og danner et jevnt belegg på overflaten av underlaget. Hovedtypene skrapere er kommaskrapere. Kommaskrapen er en av nøkkelkomponentene i belegningshodet. Den er vanligvis maskinert langs generatrisen på overflaten av den sirkulære valsen for å danne en kommalignende kant. Denne skrapen har høy styrke og hardhet, og er lett å kontrollere beleggmengden og nøyaktigheten. Den er egnet for oppslemminger med høyt faststoffinnhold og høy viskositet.
Rullebeleggoverføringstype: Belegningsvalsen roterer for å drive slurryen, og overføringsmengden av slurryen justeres gjennom gapet mellom kommaskrapen. Oppslemmingen overføres til underlaget ved rotasjon av bakvalsen og bestrykningsvalsen. Prosessen er vist i figur 2. Overføringsbelegg for rullebelegg involverer to grunnleggende prosesser: (1) rotasjonen av belegningsvalsen driver slurryen til å passere gjennom gapet mellom målevalsene, og danner en viss tykkelse av slurrylaget; (2) En viss tykkelse av slurrylaget overføres til foliematerialet ved å rotere belegningsrullen og bakrullen i motsatte retninger for å danne et belegg.
Spalteekstruderingsbelegg: Som en presis våtbeleggsteknologi, som vist i figur 3, er arbeidsprinsippet at belegningsvæsken ekstruderes og sprayes langs hullene i beleggformen under et visst trykk og strømningshastighet, og overføres til underlaget. Sammenlignet med andre belegningsmetoder har den mange fordeler, som rask belegningshastighet, høy nøyaktighet og jevn våttykkelse; Malingssystemet er lukket, noe som kan hindre at forurensninger kommer inn under belegningsprosessen. Utnyttelsesgraden av slurryen er høy, og slurryens egenskaper kan holdes stabile. Flere lag med belegg kan utføres samtidig. Og den kan tilpasse seg forskjellige viskositeter og fast innholdsområder for slurry, og har sterkere tilpasningsevne sammenlignet med overføringsbeleggprosessen.
3. Beleggsfeil og påvirkningsfaktorer
Redusering av malingsdefekter, forbedring av malingskvalitet og -utbytte, og redusering av kostnader under malingsprosessen er viktige aspekter som må studeres innen coatingteknologi. De vanlige problemene i belegningsprosessen inkluderer tykt hode og tynn hale, tykke kanter på begge sider, spisse som mørke flekker, ru overflate og synlig folie. Tykkelsen på hodet og halen kan justeres av åpnings- og lukketiden til beleggventilen eller intermitterende ventil. Problemet med tykke kanter kan forbedres fra aspektene av slurryegenskaper, justering av beleggsgap, slurrystrømningshastighet, etc. Overflatens ruhet, ujevnheter og striper kan forbedres ved å stabilisere foliematerialet, redusere hastigheten og justere vinkelen av luftkniven.
Substrat - Slurry
Forholdet mellom de grunnleggende fysiske egenskapene til slurryen og belegget: I selve prosessen har slurryens viskositet en viss innvirkning på beleggeffekten. Viskositeten til den tilberedte slurryen varierer avhengig av elektroderåmaterialene, slurryforholdet og typen bindemiddel som er valgt. Når viskositeten til slurryen er for høy, kan belegget ofte ikke utføres kontinuerlig og stabilt, og belegningseffekten påvirkes også.
Ensartetheten, stabiliteten, kant- og overflateeffektene til belegningsvæsken bestemmes direkte av de reologiske egenskapene til belegningsvæsken, og bestemmer derved direkte kvaliteten på belegget. Teoretisk analyse, beleggingseksperimentelle teknikker, fluiddynamikk endelige element-teknikker og andre forskningsmetoder kan brukes til å studere belegningsvinduet, som refererer til prosessoperasjonsområdet som kan oppnå stabil belegg og oppnå ensartet belegg.
Underlag - Kobber- og aluminiumsfolie
Overflatespenning: Overflatespenningen til kobberaluminiumsfolie må være høyere enn for den belagte løsningen, ellers vil løsningen være vanskelig å spre jevnt på underlaget, noe som resulterer i dårlig beleggkvalitet. Et prinsipp å følge er at overflatespenningen til løsningen som skal belegges skal være 5 dyn/cm lavere enn for underlaget, selv om denne kun er grov. Overflatespenningen til løsningen og substratet kan justeres ved å justere formelen eller overflatebehandlingen av substratet. Måling av overflatespenning for begge bør også inkluderes som en kvalitetskontrolltesting.
Ensartet tykkelse: I prosesser som ligner på skrapebelegg, kan ujevn tykkelse på tvers av underlaget føre til ujevn beleggtykkelse. Fordi i belegningsprosessen styres beleggtykkelsen av gapet mellom skrapen og underlaget. Hvis det er en lavere tykkelse på underlaget i tverrretningen, vil mer løsning passere gjennom det området og beleggtykkelsen vil bli tykkere, og omvendt. Hvis tykkelsessvingningen til underlaget observeres fra tykkelsesmåleren, vil den endelige fluktuasjonen av filmtykkelse også vise samme avvik. I tillegg kan sidetykkelsesavvik også føre til viklingsfeil. Så for å unngå slike feil er det viktig å kontrollere tykkelsen på råvarene
Statisk elektrisitet: På belegningslinjen genereres mye statisk elektrisitet på overflaten av underlaget under avvikling og passering gjennom valsen. Den genererte statiske elektrisiteten kan lett adsorbere luft- og askelag på valsen, og forårsake beleggsfeil. Under utladningsprosessen kan statisk elektrisitet også forårsake elektrostatiske defekter på overflaten av belegget, og mer alvorlig, det kan til og med forårsake brann. Hvis luftfuktigheten er lav om vinteren, vil problemet med statisk elektrisitet på belegningslinjen være mer fremtredende og alvorlig. Den mest effektive måten å redusere slike defekter på er å holde miljøfuktigheten så høy som mulig, jorde malingslinjen og installere noen antistatiske enheter.
Renslighet: Urenheter på overflaten av underlaget kan forårsake fysiske defekter som ujevnheter, smuss osv. Så i produksjonsprosessen av underlaget er det nødvendig å kontrollere renheten til råvarene godt. Online filmrensevalser er en relativt effektiv metode for å fjerne urenheter i underlaget. Selv om ikke alle urenheter på membranen kan fjernes, kan det effektivt forbedre kvaliteten på råvarene og redusere tap.
4. Defektkart over litiumbatterielektroder
【1】 Bobledefekter i det negative elektrodebelegget til litiumionbatterier
【2】 Pinhole
【3】 Riper
【4】 Tykk kant
【5】 Aggregerte partikler på den negative elektrodeoverflaten
【6】 Aggregerte partikler på overflaten av den positive elektroden
【7】 Vannsystem polar crack
【8】 Overflatekrymping av polarisatoren
【9】 Riper på overflaten av polarisatoren
【10】 Påfør vertikale striper
【11】 Rullende sprekker i det delvis tørkede området av polarisatoren
【12】 Rynker på kanten av polarisatorvalsen
【13】 Negativt elektrodespaltebelegg og folieløsning
【14】 Polar skjæregrader
【15】 Polar skive skjærende bølgekant
5. Ensartethet av belegg
Den såkalte belegningsuniformiteten refererer til konsistensen av beleggtykkelsen eller limfordelingen innenfor belegningsområdet. Jo bedre konsistensen av beleggtykkelsen eller limmengden er, desto bedre blir beleggets jevnhet, og omvendt. Det er ingen enhetlig måleindeks for beleggens ensartethet, som kan måles ved avviket eller prosentvis avvik av beleggtykkelsen eller limmengden på hvert punkt i et bestemt område i forhold til den gjennomsnittlige beleggtykkelsen eller limmengden i det området, eller ved forskjellen mellom maksimal og minimum beleggtykkelse eller limmengde i et bestemt område. Beleggtykkelsen uttrykkes vanligvis i µm.
Beleggens ensartethet brukes til å evaluere den generelle beleggstilstanden til et område. Men i selve produksjonen bryr vi oss vanligvis mer om jevnheten i både horisontal og vertikal retning av underlaget. Den såkalte laterale uniformiteten refererer til ensartetheten i beleggets bredderetning (eller maskinsideretning). Den såkalte langsgående uniformiteten refererer til ensartetheten i belegglengderetningen (eller substratets bevegelsesretning).
Det er betydelige forskjeller i størrelse, påvirkningsfaktorer og kontrollmetoder for horisontale og vertikale limpåføringsfeil. Generelt, jo større bredden på underlaget (eller belegget er), desto vanskeligere er det å kontrollere den sideveis jevnheten. Basert på mange års praktisk erfaring med belegg, når underlagsbredden er under 800 mm, er sideveis jevnhet vanligvis lett garantert; Når bredden på underlaget er mellom 1300-1800mm, kan den laterale jevnheten ofte kontrolleres godt, men det er vanskelig og krever en betydelig grad av faglig ekspertise; Når bredden på underlaget er over 2000 mm, er det svært vanskelig å kontrollere sidelikheten, og bare noen få produsenter kan håndtere det godt. Etter hvert som produksjonspartiet (dvs. belegglengden) øker, kan langsgående jevnhet bli en større utfordring eller vanskelighet enn tverrgående jevnhet.