Litium batareyalarının örtülməsi prosesi və qüsurları

Litium batareyalarının örtülməsi prosesi və qüsurları

01

Litium batareyalarının işinə örtük prosesinin təsiri

Qütb örtüyü ümumiyyətlə qarışdırılmış məhlulun cari kollektora bərabər şəkildə örtülməsi və bulamaçdakı üzvi həlledicilərin qurudulması prosesinə aiddir. Kaplama effekti elektrodun bərabər örtülməsini təmin edərək, batareyanın tutumuna, daxili müqavimətinə, dövrünün ömrünə və təhlükəsizliyinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Kaplama üsullarının və nəzarət parametrlərinin seçilməsi litium-ion batareyalarının işinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir, əsasən aşağıdakılarda özünü göstərir:

1) Kaplama üçün qurutma temperaturuna nəzarət: Əgər örtük zamanı qurutma temperaturu çox aşağı olarsa, bu, elektrodun tam qurumasına zəmanət verə bilməz. Temperatur çox yüksək olarsa, bu, elektrodun içərisində olan üzvi həlledicilərin sürətlə buxarlanması ilə əlaqədar ola bilər, nəticədə elektrodun səthi örtüyündə çatlama, soyulma və digər hadisələr baş verə bilər;

2) Kaplama səthinin sıxlığı: Əgər örtük səthinin sıxlığı çox kiçikdirsə, batareya tutumu nominal tutuma çatmaya bilər. Əgər örtük səthinin sıxlığı çox yüksəkdirsə, inqrediyentlərin israfına səbəb olmaq asandır. Ağır hallarda, həddindən artıq müsbət elektrod tutumu olduqda, litium yağıntısı səbəbindən litium dendritləri əmələ gələcək, batareya ayırıcısını deşəcək və təhlükəsizlik təhlükəsi yaradan qısa qapanmaya səbəb olacaq;

3) Örtünün ölçüsü: Əgər örtük ölçüsü çox kiçik və ya çox böyükdürsə, bu, batareyanın içindəki müsbət elektrodun mənfi elektrodla tamamilə örtülməməsinə səbəb ola bilər. Doldurma prosesi zamanı litium ionları müsbət elektroddan daxil olur və mənfi elektrodla tamamilə örtülməyən elektrolitə keçir. Müsbət elektrodun faktiki tutumundan səmərəli istifadə etmək mümkün deyil. Ağır hallarda, batareyanın içərisində litium dendritləri əmələ gələ bilər ki, bu da separatoru asanlıqla deşərək daxili dövrənin zədələnməsinə səbəb ola bilər;

4) Kaplama qalınlığı: Əgər örtük qalınlığı çox nazik və ya çox qalındırsa, bu, elektrodun sonrakı yuvarlanması prosesinə təsir edəcək və batareya elektrodunun performansının ardıcıllığına zəmanət verə bilməz.

Bundan əlavə, elektrod örtüyü batareyaların təhlükəsizliyi üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Kaplamadan əvvəl, örtük prosesində elektroda heç bir hissəcik, zibil, toz və s. qarışmaması üçün 5S işi aparılmalıdır. Hər hansı bir zibil qarışarsa, bu, batareyanın içərisində mikro qısaqapanmaya səbəb olacaq ki, bu da ağır hallarda yanğına və partlayışa səbəb ola bilər.

02

Kaplama avadanlığının seçilməsi və örtük prosesi

Ümumi örtük prosesinə aşağıdakılar daxildir: açma → yapışdırma → çəkmə → gərginliyə nəzarət → örtük → qurutma → korreksiya → gərginliyə nəzarət → korreksiya → sarma və digər proseslər. Kaplama prosesi mürəkkəbdir və həmçinin örtük effektinə təsir edən bir çox amillər var, məsələn, örtük avadanlığının istehsal dəqiqliyi, avadanlığın işinin hamarlığı, örtük prosesi zamanı dinamik gərginliyə nəzarət, örtük zamanı hava axınının ölçüsü. qurutma prosesi və temperatura nəzarət əyrisi. Buna görə uyğun bir örtük prosesinin seçilməsi son dərəcə vacibdir.

Kaplama metodunun ümumi seçimində aşağıdakı aspektləri nəzərə almaq lazımdır, o cümlədən: örtüləcək təbəqələrin sayı, yaş örtüyün qalınlığı, örtük mayesinin reoloji xüsusiyyətləri, tələb olunan örtük dəqiqliyi, örtük dəstəyi və ya substratı və örtük sürəti.

Yuxarıda göstərilən amillərə əlavə olaraq, elektrod örtüyünün xüsusi vəziyyətini və xüsusiyyətlərini də nəzərə almaq lazımdır. Litium-ion batareya elektrod örtüyünün xüsusiyyətləri bunlardır: ① ikitərəfli bir qatlı örtük; ② Şlamın yaş örtüyü nisbətən qalındır (100-300 μ m) ③ Bu məlhəm Nyutondan olmayan yüksək özlülüklü mayedir; ④ Qütb plyonka örtüyü üçün dəqiqlik tələbi film örtüyünə bənzər yüksəkdir; ⑤ 10-20 μ qalınlığında alüminium folqa və m mis folqa ilə örtük dayaq gövdəsi; ⑥ Film örtük sürəti ilə müqayisədə, qütb film örtük sürəti yüksək deyil. Yuxarıda göstərilən amilləri nəzərə alaraq, ümumi laboratoriya avadanlığı tez-tez kazıyıcı tipdən istifadə edir, istehlakçı litium-ion batareyaları tez-tez rulon örtüklü ötürmə növündən istifadə edir və güc batareyaları tez-tez dar yuvalı ekstruziya üsulundan istifadə edir.

Scraper örtüyü: İş prinsipi Şəkil 1-də göstərilmişdir. Folqa altlığı örtük rulondan keçir və birbaşa şlam çəni ilə təmasda olur. Həddindən artıq şlam folqa substratına tətbiq olunur. Substrat örtük rulonu ilə kazıyıcı arasından keçdikdə, kazıyıcı ilə substrat arasındakı boşluq örtük qalınlığını təyin edir. Eyni zamanda, artıq məhlul sıyrılır və geri axıdılır, substratın səthində vahid bir örtük meydana gətirir. Skreperlərin əsas növləri vergüllü kazıyıcılardır. Vergül kazıyıcı örtük başlığının əsas komponentlərindən biridir. Bıçaq kimi vergül yaratmaq üçün ümumiyyətlə dairəvi rulonun səthində generatrix boyunca işlənir. Bu tip kazıyıcı yüksək möhkəmliyə və sərtliyə malikdir, örtük miqdarına və dəqiqliyinə nəzarət etmək asandır və yüksək bərk tərkibli və yüksək özlülüklü şlamlar üçün uyğundur.

Rolikli örtük ötürmə növü: Kaplama rulonu şlamı idarə etmək üçün fırlanır, vergül kazıyıcı arasındakı boşluq vasitəsilə bulamacın ötürülməsi miqdarını tənzimləyin və şlamı substrata köçürmək üçün arxa rulonun və örtük rulonun fırlanmasından istifadə edin. Proses Şəkil 2-də göstərilmişdir. Rolikli örtüyün ötürülməsi örtüyü iki əsas prosesi əhatə edir: (1) Örtmə silindrinin fırlanması məhlulu ölçmə silindrləri arasındakı boşluqdan keçmək üçün hərəkətə gətirir və müəyyən qalınlıqda şlam qatını əmələ gətirir; (2) Müəyyən bir qalınlıqda məlhəm təbəqəsi örtük yaratmaq üçün örtük rulonu və arxa çarxı əks istiqamətə çevirərək folqa köçürülür.

Dar yarıq ekstruziya örtüyü: Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, dəqiq yaş örtük texnologiyası olaraq, iş prinsipi örtük mayesinin müəyyən bir təzyiq və axın sürəti altında örtük kalıbının boşluqları boyunca ekstrüde edilməsi və püskürtülməsi və substrata köçürülməsidir. . Digər örtük üsulları ilə müqayisədə sürətli örtük sürəti, yüksək dəqiqlik və vahid yaş qalınlığı kimi bir çox üstünlüklərə malikdir; Kaplama sistemi qapalıdır, bu, örtük prosesi zamanı çirkləndiricilərin daxil olmasına mane ola bilər. Bulamacdan istifadə nisbəti yüksəkdir və şlamın xassələri sabitdir. Eyni anda bir neçə təbəqə ilə örtülə bilər. Və o, müxtəlif şlamın özlülüyünə və bərk tərkibinə uyğunlaşa bilir və transfer örtük texnologiyası ilə müqayisədə daha güclü uyğunlaşma qabiliyyətinə malikdir.

03

Kaplama qüsurları və təsir edən amillər

Örtmə qüsurlarının azaldılması, örtük keyfiyyətinin və məhsuldarlığının yaxşılaşdırılması və örtük prosesi zamanı xərclərin azaldılması örtük prosesində öyrənilməsi lazım olan vacib aspektlərdir. Kaplama prosesində baş verən ümumi problemlər qalın baş və nazik quyruq, hər iki tərəfdən qalın kənarlar, qaranlıq ləkələr, kobud səth, açıq folqa və digər qüsurlardır. Başın və quyruğun qalınlığı örtük klapanının və ya aralıq klapanın açılması və bağlanma vaxtı ilə tənzimlənə bilər. Qalın kənarlar problemi məhlulun xassələrini, örtük boşluğunu, məhlulun axın sürətini və s. tənzimləməklə yaxşılaşdırıla bilər. Səthin pürüzlülüyünü, qeyri-bərabərliyini və zolaqlarını folqa sabitləşdirmək, sürəti azaltmaq, havanın bucağını tənzimləməklə yaxşılaşdırmaq olar. bıçaq və s.

Substrat - Bulamaç

Şlamın və örtüyün əsas fiziki xassələri arasında əlaqə: Faktiki prosesdə məhlulun özlülüyü örtük effektinə müəyyən təsir göstərir. Hazırlanmış məhlulun özlülüyü elektrod xammalından, məhlul nisbətindən və seçilmiş bağlayıcı növündən asılı olaraq dəyişir. Bulamacın özlülüyü çox yüksək olduqda, örtük çox vaxt davamlı və sabit aparıla bilməz və örtük effekti də təsirlənir.

Kaplama məhlulunun vahidliyi, dayanıqlığı, kənar və səthi təsirləri örtük məhlulunun reoloji xüsusiyyətlərindən təsirlənir və bu, örtüyün keyfiyyətini birbaşa müəyyən edir. Nəzəri analiz, örtük eksperimental üsulları, maye dinamikası sonlu element texnikaları və digər tədqiqat metodlarından sabit örtük və vahid örtük əldə etmək üçün proses əməliyyat diapazonu olan örtük pəncərəsini öyrənmək üçün istifadə edilə bilər.

Substrat - Mis folqa və alüminium folqa

Səthi gərginlik: Mis alüminium folqa səthinin gərginliyi örtülmüş məhlulun səthi gərginliyindən daha yüksək olmalıdır, əks halda məhlulun substrata düz yayılması çətinləşəcək və nəticədə örtük keyfiyyəti pis olacaqdır. Bir prinsipə əməl olunmalıdır ki, örtüləcək məhlulun səthi gərginliyi substratdan 5 din/sm aşağı olmalıdır, baxmayaraq ki, bu, yalnız təxmini hesablamadır. Məhlulun və substratın səthi gərginliyi düsturun və ya substratın səthinin işlənməsinin tənzimlənməsi ilə tənzimlənə bilər. İkisi arasında səth gərginliyinin ölçülməsi də keyfiyyətə nəzarət testi kimi qəbul edilməlidir.

Vahid qalınlıq: kazıyıcı örtüyə bənzər bir prosesdə substratın eninə səthinin qeyri-bərabər qalınlığı qeyri-bərabər örtük qalınlığına səbəb ola bilər. Çünki örtük prosesində örtük qalınlığı kazıyıcı ilə altlıq arasındakı boşluqla idarə olunur. Döşəmənin üfüqi olaraq daha az qalınlığı varsa, o sahədən keçən məhlul daha çox olacaq və örtük qalınlığı da daha qalın olacaq və əksinə. Substratın qalınlığının dəyişməsi qalınlıq ölçəndən görünsə, filmin son qalınlığının dəyişməsi də eyni sapmanı göstərəcəkdir. Bundan əlavə, yanal qalınlığın sapması da sarımdakı qüsurlara səbəb ola bilər. Beləliklə, bu cür qüsurların qarşısını almaq üçün xammalın qalınlığına nəzarət etmək vacibdir

Statik elektrik: Kaplama xəttində, rulonlardan açılaraq və keçərkən substratın səthində çoxlu statik elektrik yaranır. Yaranan statik elektrik havanı və rulonun üzərindəki kül təbəqəsini asanlıqla adsorbsiya edə bilər, nəticədə örtük qüsurları yaranır. Boşaltma prosesi zamanı statik elektrik də örtük səthində elektrostatik görünüş qüsurlarına səbəb ola bilər və daha ciddi şəkildə yanğınlara səbəb ola bilər. Qışda rütubət aşağı olarsa, örtük xəttində statik elektrik problemi daha qabarıq olacaq. Bu cür qüsurları azaltmağın ən təsirli yolu ətraf mühitin rütubətini mümkün qədər yüksək saxlamaq, örtük telini torpaqlamaq və bəzi antistatik qurğular quraşdırmaqdır.

Təmizlik: Substratın səthindəki çirklər bəzi fiziki qüsurlara səbəb ola bilər, məsələn, çıxıntılar, kirlər və s. Belə ki, substratların istehsal prosesində xammalın təmizliyinə yaxşı nəzarət etmək lazımdır. Onlayn membran təmizləyici rulonlar substratın çirklərini təmizləmək üçün nisbətən təsirli bir üsuldur. Membrandakı bütün çirkləri aradan qaldırmaq mümkün olmasa da, xammalın keyfiyyətini effektiv şəkildə yaxşılaşdıra və itkiləri azalda bilər.

04

Litium Batareya Dirəklərinin Qüsur Xəritəsi

【1】 Litium-ion batareyalarının mənfi elektrod örtüyünün qabarcıq qüsurları

Sol təsvirdə qabarcıqları olan mənfi elektrod lövhəsi və sağ şəkildəki skan edən elektron mikroskopun 200x böyüdülməsi. Qarışdırma, daşıma və örtmə prosesində toz və ya uzun tüklər və digər yad obyektlər örtük məhluluna qarışır və ya yaş örtüyün səthinə düşür. Bu nöqtədə örtüyün səthi gərginliyinə xarici qüvvələr təsir edir, molekullararası qüvvələrdə dəyişikliklərə səbəb olur və nəticədə məhlulun yumşaq şəkildə ötürülməsi baş verir. Quruduqdan sonra nazik bir mərkəzlə dairəvi izlər əmələ gəlir.

【2】 Sancaq dəliyi

Biri qabarcıqların əmələ gəlməsidir (qarışdırma prosesi, daşınma prosesi, örtük prosesi); Baloncukların səbəb olduğu pinhole qüsurunu başa düşmək nisbətən asandır. Yaş filmdəki qabarcıqlar daxili təbəqədən filmin səthinə miqrasiya edir və səthdə parçalanaraq sancaq deşik qüsuru əmələ gətirir. Baloncuklar, əsasən, qarışdırma, mayenin daşınması və örtmə prosesləri zamanı zəif axıcılıq, zəif hamarlanma və qabarcıqların zəif buraxılmasından yaranır.

【3】 Cızıqlar

Mümkün səbəblər: Yad obyektlərin və ya böyük hissəciklərin dar boşluqda və ya örtük boşluğunda ilişib qalması, substratın keyfiyyətinin aşağı olması, yad cisimlərin örtük çarxı ilə arxa çarx arasındakı örtük boşluğunu tıxanmasına və qəlib dodağının zədələnməsinə səbəb olur.

【4】 Qalın kənar

Qalın kənarların əmələ gəlməsinin səbəbi şlamın səthi gərginliyi ilə idarə olunur ki, bu da məhlulun elektrodun örtülməmiş kənarına doğru miqrasiyasına səbəb olur və quruduqdan sonra qalın kənarlar əmələ gətirir.

【5】 Mənfi elektrod səthində yığılmış hissəciklər

Formula: Sferik qrafit+SUPER C65+CMC+distillə edilmiş su

İki fərqli qarışdırma prosesi ilə polarizatorların makromorfologiyası: hamar səth (solda) və səthdə çoxlu sayda kiçik hissəciklərin olması (sağda)

Formula: Sferik qrafit+SUPER C65+CMC/SBR+Distillə edilmiş su

Elektrodun səthində kiçik hissəciklərin genişlənmiş morfologiyası (a və b): Tamamilə dağılmamış keçirici maddələrin aqreqatları.

Hamar səth polarizatorlarının genişlənmiş morfologiyası: keçirici maddə tam dağılmış və bərabər paylanmışdır.

【6】 Müsbət elektrod səthində yığılmış hissəciklər

Formula: NCA+asetilen qara+PVDF+NMP

Qarışdırma prosesi zamanı ətraf mühitin rütubəti çox yüksəkdir, bu da şlamın jele kimi olmasına səbəb olur, keçirici agent tamamilə dağılmır və yuvarlandıqdan sonra polarizatorun səthində çox sayda hissəcik var.

【7】 Su sisteminin qütb plitələrində çatlar

Formula: NMC532/karbon qara/bağlayıcı=90/5/5 wt%, su/izopropanol (IPA) həlledici

(a) 15 mq/sm2, (b) 17,5 mq/sm2, (c) 20 mq/sm2 və (d) 25 mq/sm2 örtük sıxlığı olan polarizatorlarda səth çatlarının optik fotoşəkilləri. Qalın polarizatorlar çatlara daha çox meyllidirlər.

【8】 Polarizatorun səthində büzülmə

Formula: lopa qrafit+SP+CMC/SBR+distillə edilmiş su

Folqa səthində çirkləndirici hissəciklərin olması hissəciklərin səthində yaş filmin aşağı səthi gərginlik sahəsi ilə nəticələnir. Maye filmi buraxır və hissəciklərin periferiyasına doğru miqrasiya edərək büzülmə nöqtəsi qüsurlarını əmələ gətirir.

【9】 Elektrodun səthində cızıqlar

Formula: NMC532+SP+PVdF+NMP

Kesici kənarında folqa sızmasına və elektrodun səthində cızıqlara səbəb olan böyük hissəciklərlə dar tikişli ekstruziya örtüyü.

【10】 Şaquli zolaqların örtülməsi

Formula: NCA+SP+PVdF+NMP

Transfer örtüyünün sonrakı mərhələsində məhlulun su udma özlülüyü artır, örtük zamanı örtük pəncərəsinin yuxarı həddinə yaxınlaşır, nəticədə şlamın zəif hamarlanması və şaquli zolaqların əmələ gəlməsi baş verir.

【11】 Qütb filminin tam qurudulmadığı sahədə rulon basaraq çatlar

Formula: lopa qrafit+SP+CMC/SBR+distillə edilmiş su

Kaplama zamanı polarizatorun orta sahəsi tam qurudulmur və yuvarlanma zamanı örtük miqrasiya edərək zolaq şəkilli çatlar əmələ gətirir.

【12】 Polar diyircəkli basmanın kənar qırışları

Örtmə, rulonla basma və örtük kənarlarının qırışması nəticəsində yaranan qalın kənarlar fenomeni

【13】 Mənfi elektrod kəsici örtük folqadan ayrılmışdır

Formula: təbii qrafit+asetilen qara+CMC/SBR+distillə edilmiş su, aktiv maddə nisbəti 96%

Polar disk kəsildikdə örtük və folqa ayrılır.

【14】 Kənar kəsici burslar

Müsbət elektrod diskinin kəsilməsi zamanı qeyri-sabit gərginliyə nəzarət ikinci dərəcəli kəsmə zamanı folqa buruqlarının yaranmasına gətirib çıxarır.

【15】 Qütb diliminin kəsici dalğa kənarı

Mənfi elektrod diskinin kəsilməsi zamanı kəsici bıçaqların uyğun olmayan üst-üstə düşməsi və təzyiqi nəticəsində kəsikdə dalğa kənarları və örtük ayrılması əmələ gəlir.

【16】 Digər ümumi örtük qüsurları arasında hava infiltrasiyası, yanal dalğalar, sallanma, Çay, genişlənmə, suyun zədələnməsi və s.

İstənilən emal mərhələsində qüsurlar baş verə bilər: örtüyün hazırlanması, alt qatın istehsalı, alt təbəqənin işləməsi, örtük sahəsi, qurutma sahəsi, kəsmə, dilimləmə, yayma prosesi və s. Qüsurların həllinin ümumi məntiqi üsulu hansıdır?

1.Təcrübə istehsalından istehsala qədər olan proses zamanı məhsulun formulunu, örtmə və qurutma prosesini optimallaşdırmaq, nisbətən yaxşı və ya geniş proses pəncərəsi tapmaq lazımdır.

2. Məhsulların keyfiyyətinə nəzarət etmək üçün bəzi keyfiyyətə nəzarət üsullarından və statistik alətlərdən (SPC) istifadə edin. Sabit örtük qalınlığını onlayn olaraq izləmək və nəzarət etmək və ya örtük səthində qüsurları yoxlamaq üçün vizual görünüş yoxlama sistemindən (Visual Sistem) istifadə etməklə.

3. Məhsul qüsurları baş verdikdə, təkrar qüsurların qarşısını almaq üçün prosesi vaxtında tənzimləyin.

05

Kaplamanın vahidliyi

Kaplamanın vahidliyi adlanan örtük qalınlığının və ya yapışan miqdarının örtük sahəsi daxilində paylanmasının ardıcıllığına aiddir. Kaplama qalınlığının və ya yapışan miqdarının tutarlılığı nə qədər yaxşı olarsa, örtünün vahidliyi bir o qədər yaxşı olar və əksinə. Kaplamanın vahidliyi üçün vahid ölçmə indeksi mövcud deyil, bu, müəyyən bir sahədəki hər bir nöqtədə örtüyün qalınlığının və ya yapışan miqdarının həmin sahədəki örtüyün orta qalınlığına və ya yapışan miqdarına nisbətən sapması və ya faiz sapması ilə ölçülə bilər. müəyyən bir sahədə maksimum və minimum örtük qalınlığı və ya yapışqan miqdarı arasındakı fərq. Kaplamanın qalınlığı adətən µm ilə ifadə edilir.

Kaplamanın vahidliyi sahənin ümumi örtük vəziyyətini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur. Ancaq faktiki istehsalda biz adətən substratın həm üfüqi, həm də şaquli istiqamətlərində vahidliyə daha çox əhəmiyyət veririk. Üfüqi vahidlik adlanan örtük eni istiqamətinin (və ya maşının üfüqi istiqamətinin) vahidliyinə aiddir. Uzunlamasına vahidlik adlanan örtük uzunluğu (və ya substratın hərəkət istiqaməti) istiqamətində vahidliyə aiddir.

Üfüqi və şaquli yapışqan tətbiqi xətalarının ölçüsündə, təsir edən amillərdə və nəzarət üsullarında əhəmiyyətli fərqlər var. Ümumiyyətlə, substratın (və ya örtünün) eni nə qədər böyükdürsə, yanal vahidliyə nəzarət etmək daha çətindir. Onlayn örtükdə illərlə praktik təcrübəyə əsaslanaraq, substratın eni 800 mm-dən aşağı olduqda, yanal vahidliyə adətən asanlıqla zəmanət verilir; Substratın eni 1300-1800 mm arasında olduqda, yanal vahidlik çox vaxt yaxşı idarə oluna bilər, lakin müəyyən bir çətinlik var və kifayət qədər peşəkarlıq tələb olunur; Substratın eni 2000 mm-dən yuxarı olduqda, yanal vahidliyə nəzarət etmək çox çətindir və yalnız bir neçə istehsalçı bunu yaxşı idarə edə bilər. İstehsal partiyası (yəni örtük uzunluğu) artdıqda, uzununa vahidlik eninə vahidliyə nisbətən daha böyük çətinlik və ya problem ola bilər.