1. Vliv procesu lakování na výkon lithiových baterií
Polární povlak obecně označuje proces rovnoměrného nanášení míchané suspenze na sběrač proudu a sušení organických rozpouštědel v suspenzi. Efekt povlaku má významný dopad na kapacitu baterie, vnitřní odpor, životnost cyklu a bezpečnost, což zajišťuje rovnoměrné potažení elektrodových listů. Výběr metod povlakování a kontrolní parametry mají významný vliv na výkon lithium-iontových baterií, což se projevuje zejména v:
1) Řízení teploty sušení povlaku: Pokud je teplota sušení během povlakování příliš nízká, nemůže zaručit úplné vysušení elektrody. Pokud je teplota příliš vysoká, může způsobit praskání, odlupování a další jevy na povrchovém povlaku elektrody v důsledku rychlého odpařování organických rozpouštědel uvnitř elektrody;
2) Hustota povrchu povlaku: Pokud je hustota povrchu povlaku příliš nízká, kapacita baterie nemusí dosáhnout jmenovité kapacity. Pokud je povrchová hustota povlaku příliš vysoká, je snadné způsobit plýtvání přísadami. V závažných případech, pokud je nadměrná kapacita kladné elektrody, se mohou v důsledku srážení lithia vytvořit lithiové dendrity a prorazit separátor baterie, což způsobí zkrat a představuje bezpečnostní riziko;
3) Velikost povlaku: Pokud je velikost povlaku příliš malá nebo příliš velká, může to způsobit, že kladná elektroda uvnitř baterie nebude zcela pokryta zápornou elektrodou. Během nabíjecího procesu se ionty lithia usazují z kladné elektrody a pohybují se do elektrolytu, který není zcela pokryt zápornou elektrodou. Skutečnou kapacitu kladné elektrody nelze efektivně využít a ve vážných případech se mohou uvnitř baterie tvořit lithiové dendrity, které mohou snadno propíchnout separátor a způsobit poškození vnitřního obvodu baterie;
4) Tloušťka povlaku: Pokud je tloušťka povlaku příliš tenká nebo příliš silná, ovlivní to následný proces válcování elektrody a nemůže zaručit konzistentní výkon elektrod baterie.
Kromě toho má povlak elektrod velký význam pro bezpečnost baterií. Před nanesením povlaku je třeba provést práci 5S, aby se zajistilo, že se do elektrody během procesu povlakování nepřimíchají žádné částice, úlomky, prach atd. Pokud jsou do baterie přimíchány nečistoty, může to způsobit mikrozkraty uvnitř baterie a ve vážných případech to může vést k požáru a explozi baterie.
2. Výběr potahovacího zařízení a procesu potahování
Obecný proces potahování zahrnuje: odvíjení → spojování → tažení → kontrola napětí → potahování → sušení → korekce → kontrola napětí → korekce → navíjení a další procesy. Proces nátěru je složitý a existuje také mnoho faktorů, které ovlivňují účinek nátěru, jako je přesnost výroby nátěrového zařízení, hladkost provozu zařízení, kontrola dynamického napětí během procesu nátěru, velikost vzduchu průtok během procesu sušení a křivka regulace teploty. Proto je výběr vhodného procesu lakování nesmírně důležitý.
Obecně platí, že při výběru způsobu nanášení je třeba vzít v úvahu několik faktorů, včetně počtu vrstev, které mají být potaženy, tloušťky mokrého nátěru, reologických vlastností nátěrové kapaliny, požadované přesnosti nátěru, nosiče nátěru nebo substrátu, a rychlost potahování.
Kromě výše uvedených faktorů je také nutné zvážit konkrétní situaci a vlastnosti povlakování elektrod. Charakteristiky povlaku elektrod lithium-iontové baterie jsou: ① oboustranný jednovrstvý povlak; ② Mokrý povlak suspenze je poměrně silný (100-300 μm); ③ Suspenze je nenewtonovská kapalina s vysokou viskozitou; ④ Požadavek na přesnost pro potahování polárním filmem je vysoký, podobný jako u potahování filmem; ⑤ Nosič povlaku se skládá z hliníkové fólie a měděné fólie o tloušťce 10-20 μm; ⑥ Ve srovnání s rychlostí potahování filmu není rychlost potahování polarizátoru vysoká. Vezmeme-li v úvahu výše uvedené faktory, laboratorní zařízení obecně používá škrabkový typ, spotřebitelské lithium-iontové baterie většinou používají přenosový typ nanášení povlaku a napájecí baterie většinou používají metodu štěrbinové extruze.
Stěrka: Fóliový substrát prochází potahovacím válcem a přímo se dotýká nádrže na kejdu. Přebytečná kaše se nanese na fóliový substrát. Když substrát prochází mezi nanášecím válcem a škrabkou, mezera mezi škrabkou a substrátem určuje tloušťku povlaku. Současně se přebytečná kaše seškrábne a vaří pod zpětným chladičem, čímž se na povrchu substrátu vytvoří stejnoměrný povlak. Hlavními typy škrabek jsou škrabky virgule. Škrabka virgule je jednou z klíčových součástí nanášecí hlavy. Obvykle se opracovává podél tvořící čáry na povrchu kruhového válce, aby se vytvořila hrana podobná čárce. Tato škrabka má vysokou pevnost a tvrdost a snadno se ovládá množství a přesnost povlaku. Je vhodný pro kaše s vysokým obsahem pevných látek a vysokou viskozitou.
Typ přenosu potahování válečkem: Potahovací válec se otáčí, aby poháněl kaši, a přepravované množství kaše se nastavuje mezerou mezi škrabkou virgule. Kaše se přenáší na substrát otáčením zadního válce a potahovacího válce. Proces je znázorněn na obrázku 2. Přenosové potahování válečkem zahrnuje dva základní procesy: (1) rotace nanášecího válce pohání kaši tak, aby prošla mezerou mezi měřícími válečky, čímž se vytvoří určitá tloušťka vrstvy kaše; (2) Určitá tloušťka vrstvy kaše se přenese na fóliový materiál otáčením potahovacího válce a zadního válce v opačných směrech, aby se vytvořil povlak.
Potahování štěrbinovým vytlačováním: Jako přesná technologie mokrého potahování, jak je znázorněno na obrázku 3, pracovní princip spočívá v tom, že potahovací kapalina je vytlačována a stříkána podél mezer potahovací formy pod určitým tlakem a průtokem a přenesena na substrát. Ve srovnání s jinými metodami povlakování má mnoho výhod, jako je vysoká rychlost povlakování, vysoká přesnost a rovnoměrná tloušťka za mokra; Nátěrový systém je uzavřený, což může zabránit vnikání škodlivin během procesu nátěru. Míra využití suspenze je vysoká a vlastnosti suspenze mohou být udržovány stabilní. Více vrstev povlaku může být provedeno současně. A může se přizpůsobit různým rozsahům viskozity a obsahu pevných látek v kaši a má silnější přizpůsobivost ve srovnání s procesem přenosového potahování.
3. Vady povlaků a ovlivňující faktory
Snížení defektů povlaku, zlepšení kvality a výtěžnosti povlaku a snížení nákladů během procesu povlakování jsou důležité aspekty, které je třeba studovat v technologii povlakování. Mezi běžné problémy v procesu potahování patří tlustá hlava a tenký konec, tlusté okraje na obou stranách, tmavé skvrny, drsný povrch a odkrytá fólie. Tloušťku hlavy a ocasu lze nastavit dobou otevírání a zavírání potahovacího ventilu nebo přerušovaného ventilu. Problém silných okrajů lze zlepšit z hlediska vlastností kaše, nastavení mezery potahu, rychlosti toku kaše atd. Drsnost povrchu, nerovnosti a pruhy lze zlepšit stabilizací fóliového materiálu, snížením rychlosti a nastavením úhlu vzduchového nože.
Substrát – břečka
Vztah mezi základními fyzikálními vlastnostmi kaše a nátěru: Ve vlastním procesu má viskozita kaše určitý vliv na účinek nátěru. Viskozita připravené kaše se mění v závislosti na surovinách elektrody, poměru kaše a typu zvoleného pojiva. Když je viskozita suspenze příliš vysoká, potahování často nemůže být prováděno kontinuálně a stabilně a účinek potahování je také ovlivněn.
Rovnoměrnost, stabilita, okrajové a povrchové efekty nátěrové kapaliny jsou přímo určeny reologickými vlastnostmi nátěrové kapaliny, čímž přímo určují kvalitu nátěru. Teoretickou analýzu, experimentální techniky nanášení povlaků, techniky konečných prvků dynamiky tekutin a další výzkumné metody lze použít ke studiu okna povlaku, který se týká provozního rozsahu procesu, který může dosáhnout stabilního povlaku a získat rovnoměrný povlak.
Substrát - měď a hliníková fólie
Povrchové napětí: Povrchové napětí měděné hliníkové fólie musí být vyšší než povrchové napětí potaženého roztoku, jinak se bude roztok obtížně hladce roztírat na substrát, což má za následek špatnou kvalitu nátěru. Jedna zásada, kterou je třeba dodržovat, je, že povrchové napětí roztoku, který má být potažen, by mělo být o 5 dynů/cm nižší než povrchové napětí substrátu, i když je to pouze drsné. Povrchové napětí roztoku a substrátu lze upravit úpravou složení nebo povrchové úpravy substrátu. Měření povrchového napětí u obou by mělo být rovněž zahrnuto jako položka testování kontroly kvality.
Rovnoměrná tloušťka: V procesech podobných škrabkovému nátěru může nerovnoměrná tloušťka napříč substrátem vést k nerovnoměrné tloušťce nátěru. Protože v procesu nanášení je tloušťka povlaku řízena mezerou mezi škrabkou a substrátem. Pokud je tloušťka substrátu v příčném směru nižší, projde touto oblastí více roztoku a tloušťka povlaku bude silnější a naopak. Pokud je z tloušťkoměru pozorováno kolísání tloušťky substrátu, bude konečné kolísání tloušťky filmu také vykazovat stejnou odchylku. Kromě toho může boční odchylka tloušťky také vést k poruchám vinutí. Abychom se vyhnuli takovým vadám, je důležité kontrolovat tloušťku surovin
Statická elektřina: Na lakovací lince vzniká na povrchu substrátu při odvíjení a průchodu válečkem velké množství statické elektřiny. Generovaná statická elektřina může snadno adsorbovat vzduch a vrstvy popela na válci, což způsobuje defekty povlaku. Během procesu výboje může statická elektřina také způsobit elektrostatické vady vzhledu na povrchu nátěru, a co je vážnější, může dokonce způsobit požár. Pokud je vlhkost v zimě nízká, problém se statickou elektřinou na lakovací lince bude výraznější a závažnější. Nejúčinnějším způsobem, jak omezit takové vady, je udržovat vlhkost prostředí na co nejvyšší úrovni, uzemnit lakovací linku a nainstalovat některá antistatická zařízení.
Čistota: Nečistoty na povrchu substrátu mohou způsobit fyzikální vady jako hrbolky, nečistoty atd. Takže při procesu výroby substrátu je potřeba dobře kontrolovat čistotu surovin. Poměrně účinnou metodou pro odstranění nečistot z podkladu jsou online válečky na čištění fólií. I když nelze odstranit všechny nečistoty na membráně, může účinně zlepšit kvalitu surovin a snížit ztráty.
4. Mapa defektů elektrod lithiové baterie
【1】 Vady bublin v povlaku záporné elektrody lithium-iontových baterií
【2】 Dírka
【3】 Škrábance
【4】 Silný okraj
【5】 Agregované částice na povrchu záporné elektrody
【6】 Agregované částice na povrchu kladné elektrody
【7】 Polární trhlina vodního systému
【8】 Povrchové smrštění polarizátoru
【9】 Škrábance na povrchu polarizátoru
【10】 Použijte svislé pruhy
【11】 Odvalující se trhliny v částečně vysušené oblasti polarizátoru
【12】 Vrásky na okraji válečku polarizátoru
【13】 Negativní povlak pro řezání elektrody a oddělení fólie
【14】 Polární řezné otřepy
【15】 Hrana řezné vlny polárního plátku
5. Jednotnost povlaku
Takzvaná stejnoměrnost povlaku se týká konzistence tloušťky povlaku nebo distribuce lepidla v oblasti povlaku. Čím lepší je konzistence tloušťky nátěru nebo množství lepidla, tím lepší je rovnoměrnost nátěru a naopak. Neexistuje jednotný index měření stejnoměrnosti povlaku, který lze měřit odchylkou nebo procentuální odchylkou tloušťky povlaku nebo množství lepidla v každém bodě v určité oblasti vzhledem k průměrné tloušťce povlaku nebo množství lepidla v této oblasti nebo pomocí rozdíl mezi maximální a minimální tloušťkou povlaku nebo množstvím lepidla v určité oblasti. Tloušťka povlaku se obvykle vyjadřuje v µm.
Rovnoměrnost povlaku se používá k hodnocení celkového stavu povlaku v oblasti. Ale při skutečné výrobě nám většinou záleží spíše na rovnoměrnosti v horizontálním i vertikálním směru podkladu. Takzvaná boční stejnoměrnost se týká stejnoměrnosti ve směru šířky povlaku (nebo v příčném směru stroje). Takzvaná podélná stejnoměrnost se týká stejnoměrnosti ve směru délky povlaku (nebo směru pohybu substrátu).
Existují významné rozdíly ve velikosti, ovlivňujících faktorech a metodách kontroly horizontálních a vertikálních chyb nanášení lepidla. Obecně platí, že čím větší je šířka substrátu (nebo povlaku), tím obtížnější je kontrolovat boční rovnoměrnost. Na základě dlouholetých praktických zkušeností s nátěrem je při šířce substrátu pod 800 mm obvykle snadno zaručena příčná rovnoměrnost; Je-li šířka substrátu mezi 1300-1800 mm, lze boční stejnoměrnost často dobře kontrolovat, ale je to obtížné a vyžaduje značnou úroveň odborných znalostí; Při šířce substrátu nad 2000mm je velmi obtížné kontrolovat boční rovnoměrnost a jen málo výrobců to umí dobře. Jak se zvyšuje výrobní dávka (tj. délka povlaku), podélná stejnoměrnost se může stát větší výzvou nebo obtíží než stejnoměrnost příčná.