Litiozko baterien estaldura-prozesua eta akatsak

Litiozko baterien estaldura-prozesua eta akatsak

01

Estaldura-prozesuaren eragina litiozko baterien errendimenduan

Estaldura polarrak, oro har, minda nahasi bat korronte-kolektore batean uniformeki estaltzeko eta mindaren disolbatzaile organikoak lehortzeko prozesu bati egiten dio erreferentzia. Estaldura-efektuak bateriaren edukieran, barne-erresistentzian, ziklo-bizitzan eta segurtasunean eragin handia du, elektrodoaren estaldura uniformea ​​bermatuz. Estaldura-metodoak eta kontrol-parametroak hautatzeak eragin handia du litio-ioizko baterien errendimenduan, batez ere:

1) Estaldurarako lehortzeko tenperatura kontrola: estalduran lehortzeko tenperatura baxuegia bada, ezin du elektrodoaren lehortze osoa bermatu. Tenperatura altuegia bada, elektrodoaren barruan disolbatzaile organikoen lurrunketa azkarraren ondorioz izan daiteke, elektrodoaren gainazaleko estalduran pitzadurak, zuritzeak eta bestelako fenomenoak eraginez;

2) Estaldura gainazaleko dentsitatea: estaldura gainazaleko dentsitatea txikiegia bada, baliteke bateriaren edukiera ez iristea ahalmen nominalera. Estaldura gainazaleko dentsitatea handiegia bada, erraza da osagaiak alferrik galtzea. Kasu larrietan, elektrodo positibo-ahalmen handiegia badago, litio-dendritak sortuko dira litio-haustearen ondorioz, bateria-bereizlea zulatuz eta zirkuitu laburra eraginez, segurtasun arriskua sortuz;

3) Estalduraren tamaina: estalduraren tamaina txikiegia edo handiegia bada, baliteke bateriaren barruko elektrodo positiboa elektrodo negatiboak guztiz estali ez izatea. Kargatze prozesuan, litio ioiak elektrodo positibotik txertatzen dira eta elektrodo negatiboak guztiz estali ez duen elektrolitora mugitzen dira. Elektrodo positiboaren benetako ahalmena ezin da modu eraginkorrean erabili. Kasu larrietan, bateriaren barruan litio-dendritak sor daitezke, bereizlea erraz zulatu eta barne-zirkuituaren kalteak eragin ditzakete;

4) Estalduraren lodiera: estalduraren lodiera meheegia edo lodiera bada, ondorengo elektrodoen ijezketa prozesuan eragina izango du eta ezin du bateriaren elektrodoen errendimenduaren koherentzia bermatu.

Gainera, elektrodoen estaldurak garrantzi handia du baterien segurtasunerako. Estali aurretik, 5S lana egin behar da estaldura-prozesuan elektrodoan partikula, hondakin, hauts eta abar nahasten ez direla ziurtatzeko. Hondakinen bat nahasten bada, mikrozirkuitu laburra eragingo du bateriaren barruan, eta horrek sua eta leherketa eragin ditzake kasu larrietan.

02

Estaldura-ekipoa eta estaldura-prozesua hautatzea

Estaldura-prozesu orokorrak barne hartzen ditu: desbobinatzea → juntzea → tiratzea → tentsioaren kontrola → estaldura → lehortzea → zuzentzea → tentsioaren kontrola → zuzentzea → harilkatzea eta beste prozesu batzuk. Estaldura-prozesua konplexua da, eta estaldura-efektuari eragiten dioten faktore asko ere badaude, hala nola, estaldura-ekipoaren fabrikazio-zehaztasuna, ekipoen funtzionamenduaren leuntasuna, estaldura-prozesuan tentsio dinamikoaren kontrola, aire-fluxuaren tamaina. lehortze prozesua, eta tenperatura kontrolatzeko kurba. Horregatik, estaldura-prozesu egokia aukeratzea oso garrantzitsua da.

Estaldura-metodoaren hautaketa orokorrak alderdi hauek kontuan hartu behar ditu, besteak beste: estali beharreko geruza kopurua, estaldura hezearen lodiera, estaldura likidoaren propietate erreologikoak, estalduraren zehaztasuna, estalduraren euskarria edo substratua, eta estalduraren abiadura.

Aurreko faktoreez gain, elektrodo-estalduraren egoera eta ezaugarri zehatzak ere kontuan hartu behar dira. Litio-ioizko bateriaren elektrodo estalduraren ezaugarriak hauek dira: ① alde biko geruza bakarreko estaldura; ② Mindaren estaldura hezea nahiko lodia da (100-300 μ m) ③ Minda likatasun handiko fluido newtonianoa da; ④ Film polarraren estalduraren doitasun-eskakizuna altua da, film-estalduraren antzekoa; ⑤ Estaldura euskarri-gorputza 10-20 μ-ko lodiera duen aluminiozko papera eta m-ko kobrezko papera; ⑥ Filmaren estalduraren abiadurarekin alderatuta, film polarraren estalduraren abiadura ez da handia. Goiko faktoreak kontuan hartuta, laborategiko ekipamendu orokorrek arraspa mota erabiltzen dute sarritan, kontsumitzaileen litio-ioizko pilek arrabolen estaldura transferentzia mota erabiltzen dute eta potentzia-bateriek maiz zirrikitu estua estrusio metodoa erabiltzen dute.

Arraskailuaren estaldura: lan-printzipioa 1. Irudian erakusten da. Paper-substratua estaldura-erroboletik igarotzen da eta minda deposituarekin zuzenean harremanetan jartzen da. Gehiegizko minda paperaren substratuari aplikatzen zaio. Substratua estaldura-arrabolaren eta arraskarraren artean igarotzen denean, arraskarraren eta substratuaren arteko tarteak estalduraren lodiera zehazten du. Aldi berean, gehiegizko minda kendu eta errefluxua egiten da, substratuaren gainazalean estaldura uniforme bat osatuz. Arraskailu mota nagusiak komak dira. Koma-arraskagailua estaldura buruaren osagai nagusietako bat da. Oro har, arrabol zirkularraren gainazaleko generatrixean zehar mekanizatzen da, koma moduko pala bat osatzeko. Arraskailu mota honek indar eta gogortasun handiak ditu, estalduraren zenbatekoa eta zehaztasuna kontrolatzeko erraza da eta solido-eduki handiko eta biskositate handiko mindak egiteko egokia da.

Arrabolaren estaldura transferentzia mota: estaldura arrabolak minda gidatzeko biratzen du, minda transferentziaren zenbatekoa egokitu koma-arraskaren arteko hutsunean eta atzeko arrabolaren eta estaldura-arrabolaren biraketa erabili minda substratura transferitzeko. Prozesua 2. Irudian ageri da. Arrabolaren estaldura transferitzeko estaldurak oinarrizko bi prozesu ditu: (1) Estaldura arrabolaren biraketak minda neurtzeko arrabolen arteko hutsunetik igarotzen du, minda geruzaren lodiera jakin bat osatuz; (2) Minda geruzaren lodiera jakin bat paperera transferitzen da estaldura-arrabola eta atzeko arrabola kontrako norabideetan biratuz estaldura bat osatzeko.

Zirrikitu estuaren estrusio-estaldura: doitasun-estaldura hezearen teknologia gisa, 3. irudian erakusten den moduan, lan-printzipioa estaldura-likidoa estaldura-moldearen hutsuneetan zehar estruitu eta ihinztatzea da presio eta emari jakin baten pean, eta substratura transferitzea. . Beste estaldura-metodo batzuekin alderatuta, abantaila ugari ditu, hala nola, estaldura-abiadura azkarra, zehaztasun handia eta lodiera heze uniformea; Estaldura-sistema itxita dago, eta horrek estaldura-prozesuan kutsatzaileak sartzea eragotzi dezake. Minda erabiltzeko tasa handia da eta mindaren propietateak egonkorrak dira. Hainbat geruzatan estali daiteke aldi berean. Eta minda biskositate eta eduki solido desberdinetara molda daiteke eta moldagarritasun handiagoa du transferentzia estaldura teknologiarekin alderatuta.

03

Estaldura-akatsak eta eragin-faktoreak

Estaldura-akatsak murriztea, estalduraren kalitatea eta etekina hobetzea eta estaldura-prozesuan kostuak murriztea estaldura-prozesuan aztertu beharreko alderdi garrantzitsuak dira. Estaldura-prozesuan gertatzen diren ohiko arazoak buru lodia eta buztan mehea, bi aldeetako ertz lodiak, orban ilunak, gainazal latza, agerian dagoen papera eta beste akats batzuk dira. Buruaren eta buztanaren lodiera estaldura-balbularen edo tarteka-balbularen irekitze eta ixteko denboraren arabera doi daiteke. Ertz lodien arazoa minda, estaldura-hutsunea, minda-emaria, etab. propietateak doituz hobetu daiteke. Gainazaleko zimurtasuna, irregulartasuna eta marra hobetu daitezke papera egonkortuz, abiadura murriztuz, airearen angelua egokituz. labana, etab.

Substratua - Minda

Minda eta estalduraren oinarrizko propietate fisikoen arteko erlazioa: benetako prozesuan, mindaren biskositateak nolabaiteko eragina du estalduraren efektuan. Prestatutako mindaren biskositatea elektrodoaren lehengaien, minda proportzioaren eta hautatutako aglutinatzaile motaren arabera aldatzen da. Mindaren biskositatea handiegia denean, estaldura askotan ezin da etengabe eta egonkortasunez egin, eta estalduraren efektua ere eragiten du.

Estaldura-soluzioaren uniformetasunaren, egonkortasunaren, ertzaren eta gainazaleko efektuek estaldura-soluzioaren propietate erreologikoek eragiten dute, eta horrek estalduraren kalitatea zuzenean zehazten du. Azterketa teorikoak, estaldura-teknika esperimentalak, fluido-dinamikako elementu finituen teknikak eta beste ikerketa-metodo batzuk erabil daitezke estaldura-leihoa aztertzeko, hau da, estaldura egonkorra eta estaldura uniformea ​​lortzeko prozesu-eragiketa-barrutia.

Substratua - Kobrezko papera eta aluminiozko papera

Azaleko tentsioa: kobrezko aluminio-paperaren gainazaleko tentsioa estalitako soluzioaren gainazaleko tentsioa baino handiagoa izan behar da, bestela, soluzioa zaila izango da substratuan laua zabaltzea, eta ondorioz estalduraren kalitate txarra izango da. Jarraitu beharreko printzipio bat da estali beharreko disoluzioaren gainazal-tentsioa substratuarena baino 5 dina/cm baxuagoa izan behar dela, nahiz eta hau gutxi gorabeherakoa den. Disoluzioaren eta substratuaren gainazaleko tentsioa substratuaren formula edo gainazaleko tratamendua egokituz doi daiteke. Bien arteko gainazal-tentsioaren neurketa ere kalitate-kontroleko proba-elementutzat hartu behar da.

Lodiera uniformea: arraspa-estalduraren antzeko prozesu batean, substratuaren zeharkako gainazalaren lodiera irregularrak estalduraren lodiera irregularra ekar dezake. Estaldura-prozesuan, estalduraren lodiera arraspa eta substratuaren arteko hutsuneak kontrolatzen duelako. Horizontalki substratuaren lodiera txikiagoa baldin badago, disoluzio gehiago igaroko da eremu horretatik, eta estalduraren lodiera ere lodiagoa izango da, eta alderantziz. Lodieraren neurgailutik substratuaren lodieraren gorabeherak ikusten badira, azken filmaren lodieraren gorabeherak ere desbideratze bera erakutsiko du. Horrez gain, alboko lodieraren desbideratzeak akatsak ere ekar ditzake harilkatzeko. Beraz, horrelako akatsak saihesteko, garrantzitsua da lehengaien lodiera kontrolatzea

Elektrizitate estatikoa: estaldura-lerroan, elektrizitate estatiko asko sortzen da substratuaren gainazalean desbobinatzean eta arraboletatik igarotzean aplikatzean. Sortutako elektrizitate estatikoak arrabolean airea eta errauts geruza erraz xurga ditzake, eta estaldura-akatsak sor ditzake. Deskarga prozesuan, elektrizitate estatikoak estalduraren gainazalean itxura elektrostatikoko akatsak ere sor ditzake, eta larriagoa dena, suteak ere eragin ditzake. Neguan hezetasuna baxua bada, estaldura-lerroan elektrizitate estatikoko arazoa nabarmenagoa izango da. Akats horiek murrizteko modurik eraginkorrena ingurumen-hezetasuna ahalik eta altuena mantentzea, estaldura-kablea lurreratzea eta estatikoen aurkako gailu batzuk instalatzea da.

Garbitasuna: substratuaren gainazaleko ezpurutasunak akats fisiko batzuk sor ditzakete, hala nola irtenguneak, zikinkeria... Beraz, substratuen ekoizpen-prozesuan, beharrezkoa da lehengaien garbitasuna ondo kontrolatzea. Lineako mintza garbitzeko arrabolak substratuaren ezpurutasunak kentzeko metodo nahiko eraginkorra dira. Mintzeko ezpurutasun guztiak kendu ezin badira ere, lehengaien kalitatea eraginkortasunez hobetu eta galerak murrizten ditu.

04

Litiozko bateriaren poloen akatsen mapa

【1】 Burbuil-akatsak litio-ioizko baterien elektrodo negatiboan estalduran

Ezkerreko irudian burbuilak dituen elektrodo negatiboko plaka eta eskuineko irudian eskaneatzeko mikroskopio elektronikoaren 200x handitzea. Nahasteko, garraiatzeko eta estaltzeko prozesuan, hautsa edo floc luzeak eta beste objektu arrotz batzuk estaldura-soluzioan nahasten dira edo estaldura hezearen gainazalera erortzen dira. Puntu honetan estalduraren gainazaleko tentsioa kanpoko indarrek eragiten dute, molekulen arteko indarren aldaketak eraginez, minda transferentzia arina eraginez. Lehortu ondoren, marka zirkularrak sortzen dira, erdi mehe batekin.

【2】 Estenopea

Bata burbuilen sorrera da (nahaste-prozesua, garraio-prozesua, estaldura-prozesua); Burbuilek eragindako estenopearen akatsa nahiko erraza da ulertzen. Film hezean dauden burbuilak barneko geruzatik filmaren gainazalera migratzen dira, eta gainazalean hausten dira zulo-akats bat sortuz. Burbuilak, batez ere, jariakortasun eskasetik, berdinketa eskasetik eta burbuilen askapen eskasetik datoz nahasketa, likidoen garraioa eta estaldura prozesuetan.

【3】 Marradurak

Kausa posibleak: objektu arrotzak edo partikula handiak hutsune estuan edo estalduraren hutsunean itsatsita geratzen dira, substratuaren kalitate txarra, estaldura arrabolaren eta atzeko arrabolaren arteko estalduraren tartea blokeatzen duten objektu arrotzak eta moldearen ezpaina kaltetzea.

【4】 Ertz lodia

Ertz lodiak eratzearen arrazoia mindaren gainazaleko tentsioak eragiten du, eta horrek minda elektrodoaren estali gabeko ertzerantz migratzea eragiten du, lehortu ondoren ertz lodiak osatuz.

【5】 Agregatutako partikulak elektrodo negatiboaren gainazalean

Formula: Grafito esferikoa+SUPER C65+CMC+ur destilatua

Polarizatzaileen makro-morfologia bi nahaste-prozesu desberdinekin: gainazal leuna (ezkerrean) eta gainazalean partikula txiki ugari egotea (eskuinean)

Formula: Grafito esferikoa+SUPER C65+CMC/SBR+Ura destilatua

Elektrodoaren gainazaleko partikula txikien morfologia handitua (a eta b): Agente eroaleen agregatuak, guztiz sakabanatu gabeak.

Gainazal leuneko polarizatzaileen morfologia handitua: agente eroalea guztiz sakabanatuta eta uniformeki banatuta dago.

【6】 Aglomeratutako partikulak elektrodo positiboaren gainazalean

Formula: NCA+acetileno beltza+PVDF+NMP

Nahaste-prozesuan zehar, ingurumen-hezetasuna altuegia da, minda gelatina bezalakoa bihurtzen delarik, agente eroalea ez da guztiz barreiatzen eta polarizazioaren gainazalean partikula ugari daude jaurti ondoren.

【7】 Ur-sistemako plaka polarretan pitzadurak

Formula: NMC532 / karbono beltza / aglutinatzailea = % 90/5/5 pisua, ura / isopropanola (IPA) disolbatzailea

Polarizadoreetako gainazaleko pitzaduraren argazki optikoak, estaldura-dentsitateekin (a) 15 mg/cm2, (b) 17,5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2 eta (d) 25 mg/cm2. Polarizadore lodiek pitzadurak izateko joera handiagoa dute.

【8】 Uzkurdura polarizatuaren gainazalean

Formula: maluta grafitoa+SP+CMC/SBR+ur destilatua

Paperaren gainazalean partikula kutsatzaileak egoteak film hezearen gainazaleko tentsio baxua eragiten du partikulen gainazalean. Film likidoa partikulen periferiarantz igortzen da eta migratzen du, uzkurtze puntuko akatsak sortuz.

【9】 Marradurak elektrodoaren gainazalean

Formula: NMC532+SP+PVdF+NMP

Jostura estu estrusiozko estaldura, ebaketa-ertzean partikula handiekin paper-ihesak eta marradurak eragiten dituzten elektrodoaren gainazalean.

【10】 Marra bertikalak estaltzea

Formula: NCA+SP+PVdF+NMP

Transferitzeko estalduraren azken fasean, mindaren ura xurgatzeko biskositatea handitzen da, estaldura-leihoaren goiko mugara hurbiltzen da estalduran, minda berdinketa txarra eta marra bertikalak sortuz.

【11】 Film polarra guztiz lehortzen ez den eremuan sakatzeko pitzadurak.

Formula: maluta grafitoa+SP+CMC/SBR+ur destilatua

Estalduran, polarizatzailearen erdiko eremua ez da guztiz lehortzen, eta ijezketan, estaldura migratzen da, banda-formako pitzadurak sortuz.

【12】 Arrabol polarraren prentsaketaren ertz zimurrak

Estaldurak, arrabolaren sakatzeak eta estaldura ertzak zimurtuz sortutako ertz lodien fenomenoa.

【13】 Elektrodo negatiboa ebaketa-estaldura paperetik askatuta

Formula: grafito naturala + azetileno beltza + CMC/SBR + ur destilatua, substantzia aktiboaren ratioa % 96

Disko polarra mozten denean, estaldura eta papera askatzen dira.

【14】 Ertzak mozteko errebak

Elektrodo positiboaren diskoa ebatzean, tentsio-kontrol ezegonkorrak ebaketa sekundarioan paperezko errebak sortzen ditu.

【15】 Polar xerra ebaketa uhin ertza

Elektrodo negatiboko diskoa ebakitzean, ebaketa-orrien gainjartze eta presio desegokiaren ondorioz, uhin-ertzak eta ebakiduraren estaldura-desailutzea sortzen dira.

【16】 Beste estaldura-akats arrunt batzuk airearen infiltrazioa, alboko olatuak, sagging, Rivulet, hedapena, uraren kalteak, etab.

Akatsak edozein prozesatzeko fasetan gerta daitezke: estalduraren prestaketa, substratuaren ekoizpena, substratuaren funtzionamendua, estaldura-eremua, lehortze-eremua, ebaketa, zatiketa, ijezketa-prozesua, etab. Zein da akatsak konpontzeko metodo logiko orokorra?

1.Ekoizpen pilotutik ekoizpenera bitarteko prozesuan, produktuaren formula, estaldura eta lehortze prozesua optimizatu eta prozesu leiho nahiko ona edo zabala aurkitzea beharrezkoa da.

2. Kalitatea kontrolatzeko metodo eta tresna estatistiko (SPC) batzuk erabiltzea produktuen kalitatea kontrolatzeko. Estalduraren lodiera egonkorra linean kontrolatuz eta kontrolatuz, edo itxura bisuala ikuskatzeko sistema bat erabiliz (Visual System) estaldura gainazalean akatsak ikusteko.

3. Produktuen akatsak gertatzen direnean, egokitu prozesua garaiz errepikatzen diren akatsak saihesteko.

05

Estalduraren uniformetasuna

Estalduraren uniformetasuna deritzona estalduraren lodieraren edo itsasgarri-kopuruaren banaketaren koherentziari dagokio estalduraren eremuan. Zenbat eta koherentzia hobea izan estalduraren lodieraren edo itsasgarriaren kantitatea, orduan eta hobea izango da estalduraren uniformetasuna, eta alderantziz. Ez dago estalduraren uniformetasunerako neurketa-indize bateraturik, estalduraren lodieraren edo itsasgarri-kopuruaren desbideratze edo ehuneko desbideratzearen arabera neur daiteke eremu jakin bateko puntu bakoitzean estalduraren batez besteko lodierarekin edo itsasgarri-kopuruarekin alderatuta, edo estalduraren gehienezko eta gutxieneko lodiera edo itsasgarri-kopuruaren arteko aldea eremu jakin batean. Estalduraren lodiera µm-tan adierazi ohi da.

Estalduraren uniformetasuna eremu baten estalduraren egoera orokorra ebaluatzeko erabiltzen da. Baina benetako ekoizpenean, normalean, substratuaren norabide horizontalean zein bertikalean uniformitateari buruz gehiago zaintzen dugu. Uniformetasun horizontala deritzonak estalduraren zabaleraren norabidearen (edo makinaren norabide horizontalaren) uniformetasunari egiten dio erreferentzia. Luzerako uniformetasuna deritzonak estalduraren luzeraren (edo substratuaren bidaiaren noranzkoaren) norabideko uniformitateari egiten dio erreferentzia.

Kola horizontal eta bertikalean aplikatzeko erroreen tamainan, eragin-faktoreetan eta kontrol-metodoetan desberdintasun handiak daude. Oro har, zenbat eta zabalera handiagoa izan substratuaren (edo estaldura), orduan eta zailagoa da alboko uniformetasuna kontrolatzea. Lineako estalduran urteetako esperientzia praktikoan oinarrituta, substratuaren zabalera 800 mm-tik beherakoa denean, alboko uniformetasuna erraz bermatzen da; Substratuaren zabalera 1300-1800 mm bitartekoa denean, sarritan ondo kontrolatu daiteke alboko uniformetasuna, baina nolabaiteko zailtasuna dago eta profesionaltasun maila nabarmena behar da; Substratuaren zabalera 2000 mm-tik gorakoa denean, alboko uniformetasuna kontrolatzea oso zaila da, eta fabrikatzaile gutxi batzuek bakarrik maneia dezakete ondo. Ekoizpen lotea (hau da, estalduraren luzera) handitzen denean, luzetarako uniformetasuna zeharkako uniformetasuna baino zailtasun edo erronka handiagoa izan daiteke.