1. La influència del procés de recobriment en el rendiment de les bateries de liti
El recobriment polar es refereix generalment a un procés de recobriment uniforme d'un purí agitat sobre un col·lector de corrent i assecar els dissolvents orgànics del purí. L'efecte de recobriment té un impacte significatiu en la capacitat de la bateria, la resistència interna, la vida útil del cicle i la seguretat, assegurant un recobriment uniforme de les làmines d'elèctrodes. La selecció de mètodes de recobriment i paràmetres de control tenen un impacte significatiu en el rendiment de les bateries d'ions de liti, que es manifesta principalment en:
1) Control de la temperatura d'assecat del recobriment: si la temperatura d'assecat durant el recobriment és massa baixa, no pot garantir l'assecat complet de l'elèctrode. Si la temperatura és massa alta, pot provocar esquerdes, descamació i altres fenòmens al recobriment superficial de l'elèctrode a causa de la ràpida evaporació dels dissolvents orgànics dins de l'elèctrode;
2) Densitat de la superfície del recobriment: si la densitat de la superfície del recobriment és massa baixa, és possible que la capacitat de la bateria no assoleixi la capacitat nominal. Si la densitat de la superfície del recobriment és massa alta, és fàcil provocar malbaratament d'ingredients. En casos greus, si hi ha un excés de capacitat de l'elèctrode positiu, es poden formar dendrites de liti a causa de la precipitació de liti i perforar el separador de la bateria, provocant un curtcircuit i suposant un perill per a la seguretat;
3) Mida del recobriment: si la mida del recobriment és massa petita o massa gran, pot ser que l'elèctrode positiu de la bateria no estigui completament cobert per l'elèctrode negatiu. Durant el procés de càrrega, els ions de liti s'incorporen des de l'elèctrode positiu i es mouen a l'electròlit que no està completament cobert per l'elèctrode negatiu. La capacitat real de l'elèctrode positiu no es pot utilitzar de manera eficient i, en casos greus, es poden formar dendrites de liti dins de la bateria, que poden perforar fàcilment el separador i danyar el circuit intern de la bateria;
4) Gruix del recobriment: si el gruix del recobriment és massa prim o massa gruixut, afectarà el procés de laminació de l'elèctrode posterior i no pot garantir la consistència del rendiment de l'elèctrode de la bateria.
A més, el recobriment dels elèctrodes és de gran importància per a la seguretat de les bateries. Abans del recobriment, s'ha de fer el treball 5S per assegurar-se que no es barregin partícules, restes, pols, etc. a l'elèctrode durant el procés de recobriment. Si s'hi barregen residus, poden provocar micro-curtcircuits dins de la bateria i, en casos greus, pot provocar un incendi i una explosió de la bateria.
2. Selecció d'equips de recobriment i procés de recobriment
El procés general de recobriment inclou: desenrotllament → empalmament → estirar → control de tensió → recobriment → assecat → correcció → control de tensió → correcció → bobinat i altres processos. El procés de recobriment és complex i també hi ha molts factors que afecten l'efecte del recobriment, com ara la precisió de fabricació de l'equip de recobriment, la suavitat del funcionament de l'equip, el control de la tensió dinàmica durant el procés de recobriment, la mida de l'aire. flux durant el procés d'assecat i la corba de control de temperatura. Per tant, triar el procés de recobriment adequat és extremadament important.
En general, a l'hora d'escollir un mètode de recobriment, s'han de tenir en compte diversos factors, com ara el nombre de capes que s'han de revestir, el gruix del recobriment humit, les propietats reològiques del líquid de recobriment, la precisió del recobriment requerida, el suport o el substrat del recobriment, i la velocitat de recobriment.
A més dels factors anteriors, també cal tenir en compte la situació i les característiques específiques del recobriment de l'elèctrode. Les característiques del recobriment d'elèctrodes de la bateria d'ió de liti són: ① recobriment d'una sola capa de doble cara; ② El recobriment humit de la purín és relativament gruixut (100-300 μ m); ③ El purín és un fluid d'alta viscositat no newtonià; ④ El requisit de precisió per al recobriment de pel·lícula polar és alt, similar al del recobriment de pel·lícula; ⑤ El suport de recobriment consta de paper d'alumini i paper de coure amb un gruix de 10-20 μ m; ⑥ En comparació amb la velocitat de recobriment de la pel·lícula, la velocitat de recobriment del polaritzador no és alta. Tenint en compte els factors anteriors, en general, els equips de laboratori adopten un tipus de raspador, les bateries d'ió de liti de consum utilitzen principalment un tipus de transferència de recobriment en rotlle i les bateries d'alimentació utilitzen majoritàriament un mètode d'extrusió de ranura.
Recobriment del rascador: el substrat de la làmina passa pel corró de recobriment i contacta directament amb el dipòsit de purins. S'aplica l'excés de purín al substrat de làmina. Quan el substrat passa entre el corró de recobriment i el rascador, el buit entre el rascador i el substrat determina el gruix del recobriment. Al mateix temps, l'excés de purín es raspa i es refluxa, formant un recobriment uniforme a la superfície del substrat. Els principals tipus de raspadors són els rascadors de comes. El rascador de comes és un dels components clau del capçal de recobriment. Generalment es mecanitza al llarg de la generatriu a la superfície del corró circular per formar una vora com una coma. Aquest rascador té una gran resistència i duresa, i és fàcil de controlar la quantitat i la precisió del recobriment. És adequat per a purins d'alt contingut sòlid i alta viscositat.
Tipus de transferència de recobriment de rodets: el rodet de recobriment gira per conduir el purí i la quantitat de transferència del purí s'ajusta a través del buit entre el rascador de comes. El purí es transfereix al substrat mitjançant la rotació del corró posterior i el corró de recobriment. El procés es mostra a la figura 2. El recobriment de transferència de recobriment de rodets implica dos processos bàsics: (1) la rotació del rodet de recobriment fa que la purina passi a través del buit entre els rodets de mesura, formant un cert gruix de capa de purín; (2) Un cert gruix de la capa de purín es transfereix al material de làmina girant el corró de recobriment i el corró posterior en direccions oposades per formar un recobriment.
Recobriment d'extrusió d'escletxa: com a tecnologia de recobriment humit precisa, com es mostra a la figura 3, el principi de funcionament és que el líquid de recobriment s'extrudeix i s'aboca al llarg dels buits del motlle de recobriment sota una determinada pressió i cabal, i es transfereix al substrat. En comparació amb altres mètodes de recobriment, té molts avantatges, com ara velocitat de recobriment ràpida, alta precisió i gruix humit uniforme; El sistema de recobriment està tancat, cosa que pot evitar que entrin contaminants durant el procés de recobriment. La taxa d'utilització de la purín és alta i les propietats de la purín es poden mantenir estables. Es poden realitzar múltiples capes de recobriment simultàniament. I es pot adaptar a diferents rangs de viscositat i contingut sòlid de purins, i té una adaptabilitat més forta en comparació amb el procés de recobriment de transferència.
3. Defectes de recobriment i factors que influeixen
La reducció de defectes de recobriment, la millora de la qualitat i el rendiment del recobriment i la reducció de costos durant el procés de recobriment són aspectes importants que cal estudiar en la tecnologia de recobriment. Els problemes comuns en el procés de recobriment inclouen cap gruixut i cua prima, vores gruixudes a ambdós costats, punts com taques fosques, superfície rugosa i làmina exposada. El gruix del cap i la cua es pot ajustar pel temps d'obertura i tancament de la vàlvula de recobriment o la vàlvula intermitent. El problema de les vores gruixudes es pot millorar des dels aspectes de les propietats dels purins, l'ajust de la bretxa del recobriment, el cabal de la purina, etc. La rugositat de la superfície, les irregularitats i les ratlles es poden millorar estabilitzant el material de la làmina, reduint la velocitat i ajustant l'angle. del ganivet d'aire.
Substrat - Purín
La relació entre les propietats físiques bàsiques del purí i el recobriment: en el procés real, la viscositat del purí té un cert impacte en l'efecte del recobriment. La viscositat de la purín preparada varia segons les matèries primeres de l'elèctrode, la proporció de purins i el tipus d'aglutinant seleccionat. Quan la viscositat de la purín és massa alta, sovint el recobriment no es pot dur a terme de manera contínua i estable, i l'efecte del recobriment també es veu afectat.
La uniformitat, l'estabilitat, els efectes de vora i la superfície del líquid de recobriment estan directament determinats per les propietats reològiques del líquid de recobriment, determinant així directament la qualitat del recobriment. L'anàlisi teòrica, les tècniques experimentals de recobriment, les tècniques d'elements finits de dinàmica de fluids i altres mètodes d'investigació es poden utilitzar per estudiar la finestra de recobriment, que es refereix al rang de funcionament del procés que pot aconseguir un recobriment estable i obtenir un recobriment uniforme.
Substrat: coure i paper d'alumini
Tensió superficial: la tensió superficial del paper d'alumini de coure ha de ser superior a la de la solució recoberta, en cas contrari, la solució serà difícil d'estendre sense problemes al substrat, donant lloc a una mala qualitat del recobriment. Un principi a seguir és que la tensió superficial de la solució a recobrir ha de ser 5 dines/cm inferior a la del substrat, tot i que només és rugosa. La tensió superficial de la solució i el substrat es pot ajustar ajustant la fórmula o el tractament superficial del substrat. La mesura de la tensió superficial d'ambdós també s'ha d'incloure com a element de prova de control de qualitat.
Gruix uniforme: en processos similars al recobriment de raspador, el gruix desigual del substrat pot provocar un gruix desigual del recobriment. Perquè en el procés de recobriment, el gruix del recobriment està controlat per l'espai entre el rascador i el substrat. Si hi ha un gruix més baix del substrat en la direcció transversal, passarà més solució per aquesta zona i el gruix del recobriment serà més gruixut, i viceversa. Si s'observa la fluctuació del gruix del substrat des del mesurador de gruix, la fluctuació final del gruix de la pel·lícula també mostrarà la mateixa desviació. A més, la desviació lateral del gruix també pot provocar defectes en el bobinat. Per tant, per evitar aquests defectes, és important controlar el gruix de les matèries primeres
Electricitat estàtica: a la línia de recobriment, es genera molta electricitat estàtica a la superfície del substrat durant el desenrotllament i el pas pel corró. L'electricitat estàtica generada pot absorbir fàcilment les capes d'aire i cendres al corró, provocant defectes de recobriment. Durant el procés de descàrrega, l'electricitat estàtica també pot causar defectes d'aparença electrostàtica a la superfície del recobriment i, més greument, fins i tot pot provocar incendis. Si la humitat és baixa a l'hivern, el problema d'electricitat estàtica a la línia de recobriment serà més important i greu. La manera més eficaç de reduir aquests defectes és mantenir la humitat ambiental el més alta possible, posar a terra la línia de recobriment i instal·lar alguns dispositius antiestàtics.
Neteja: Les impureses a la superfície del substrat poden provocar defectes físics com cops, brutícia, etc. Per tant, en el procés de producció del substrat, cal controlar bé la neteja de les matèries primeres. Els corrons de neteja de pel·lícules en línia són un mètode relativament eficaç per eliminar les impureses del substrat. Tot i que no es poden eliminar totes les impureses de la membrana, pot millorar eficaçment la qualitat de les matèries primeres i reduir les pèrdues.
4. Mapa de defectes dels elèctrodes de la bateria de liti
【1】 Defectes de bombolles en el recobriment de l'elèctrode negatiu de les bateries d'ions de liti
【2】 Forat
【3】 Rascades
【4】 Vora gruixuda
【5】 Partícules agregades a la superfície de l'elèctrode negatiu
【6】 Partícules agregades a la superfície de l'elèctrode positiu
【7】 Esquerda polar del sistema d'aigua
【8】 Contracció superficial del polaritzador
【9】 Rascades a la superfície del polaritzador
【10】 Apliqueu ratlles verticals
【11】 Esquerdes rodant a la zona parcialment seca del polaritzador
【12】 Arrugues a la vora del rodet polaritzador
【13】 Recobriment de tall d'elèctrode negatiu i despreniment de làmina
【14】 Rebaves de tall de rodanxes polars
【15】 Vora d'ona de tall de llesca polar
5. Uniformitat del recobriment
L'anomenada uniformitat del recobriment es refereix a la consistència del gruix del recobriment o la distribució de l'adhesiu dins de l'àrea de recobriment. Com millor sigui la consistència del gruix del recobriment o la quantitat d'adhesiu, millor serà la uniformitat del recobriment i viceversa. No hi ha un índex de mesura unificat per a la uniformitat del recobriment, que es pot mesurar per la desviació o desviació percentual del gruix del recobriment o la quantitat d'adhesiu en cada punt d'una àrea determinada en relació amb el gruix mitjà del recobriment o la quantitat d'adhesiu d'aquesta àrea, o per la diferència entre el gruix màxim i mínim del recobriment o la quantitat d'adhesiu en una zona determinada. El gruix del recobriment s'expressa normalment en µm.
La uniformitat del recobriment s'utilitza per avaluar l'estat general del recobriment d'una àrea. Però en la producció real, normalment ens preocupem més per la uniformitat tant en la direcció horitzontal com en la vertical del substrat. L'anomenada uniformitat lateral es refereix a la uniformitat en la direcció de l'amplada del recobriment (o direcció lateral de la màquina). L'anomenada uniformitat longitudinal es refereix a la uniformitat en la direcció de la longitud del recobriment (o direcció de desplaçament del substrat).
Hi ha diferències significatives en la magnitud, els factors que influeixen i els mètodes de control dels errors d'aplicació de cola horitzontals i verticals. En general, com més gran sigui l'amplada del substrat (o recobriment), més difícil és controlar la uniformitat lateral. A partir d'anys d'experiència pràctica en recobriment, quan l'amplada del substrat és inferior a 800 mm, la uniformitat lateral normalment es garanteix fàcilment; Quan l'amplada del substrat està entre 1300-1800mm, sovint es pot controlar bé la uniformitat lateral, però és difícil i requereix un nivell considerable d'experiència professional; Quan l'amplada del substrat és superior a 2000 mm, és molt difícil controlar la uniformitat lateral i només uns quants fabricants poden gestionar-ho bé. A mesura que augmenta el lot de producció (és a dir, la longitud del recobriment), la uniformitat longitudinal pot esdevenir un repte o dificultat més gran que la uniformitat transversal.