1. Utjecaj procesa nanošenja premaza na performanse litijevih baterija
Polarno premazivanje općenito se odnosi na postupak jednolikog premazivanja miješane kaše na kolektor struje i sušenja organskih otapala u kaši. Učinak premaza ima značajan utjecaj na kapacitet baterije, unutarnji otpor, životni vijek ciklusa i sigurnost, osiguravajući ravnomjerno premazivanje listova elektroda. Odabir metoda premazivanja i kontrolnih parametara imaju značajan utjecaj na performanse litij-ionskih baterija, što se uglavnom očituje u:
1) Kontrola temperature sušenja premaza: Ako je temperatura sušenja tijekom premazivanja preniska, ne može jamčiti potpuno sušenje elektrode. Ako je temperatura previsoka, može doći do pucanja, ljuštenja i drugih pojava na površinskom premazu elektrode zbog brzog isparavanja organskih otapala unutar elektrode;
2) Gustoća površine premaza: Ako je gustoća površine premaza preniska, kapacitet baterije možda neće dosegnuti nazivni kapacitet. Ako je površinska gustoća premaza prevelika, lako je uzrokovati rasipanje sastojaka. U teškim slučajevima, ako postoji višak kapaciteta pozitivne elektrode, mogu se stvoriti litijevi dendriti zbog taloženja litija i probiti separator baterije, uzrokujući kratki spoj i predstavljajući sigurnosnu opasnost;
3) Veličina premaza: Ako je veličina premaza premala ili prevelika, to može uzrokovati da pozitivna elektroda unutar baterije ne bude potpuno prekrivena negativnom elektrodom. Tijekom procesa punjenja, litijevi ioni se ugrađuju iz pozitivne elektrode i kreću prema elektrolitu koji nije potpuno prekriven negativnom elektrodom. Stvarni kapacitet pozitivne elektrode ne može se učinkovito iskoristiti, au teškim slučajevima unutar baterije se mogu stvoriti litijevi dendriti koji mogu lako probušiti separator i oštetiti unutarnji krug baterije;
4) Debljina premaza: Ako je debljina premaza pretanka ili predebela, to će utjecati na kasniji proces valjanja elektrode i ne može jamčiti dosljednost performansi elektrode baterije.
Osim toga, premaz elektroda je od velike važnosti za sigurnost baterija. Prije premazivanja potrebno je obaviti 5S rad kako bi se osiguralo da se nikakve čestice, krhotine, prašina itd. ne umiješaju u elektrodu tijekom procesa premazivanja. Ako se krhotine umiješaju, to može uzrokovati mikrokratke spojeve unutar baterije, au teškim slučajevima može dovesti do požara i eksplozije baterije.
2. Odabir opreme za premazivanje i postupak premazivanja
Opći proces premazivanja uključuje: odmotavanje → spajanje → povlačenje → kontrolu napetosti → premazivanje → sušenje → korekciju → kontrolu napetosti → korekciju → namotavanje i druge procese. Proces premazivanja je složen, a postoje i mnogi čimbenici koji utječu na učinak premazivanja, kao što su točnost proizvodnje opreme za premazivanje, glatkoća rada opreme, kontrola dinamičke napetosti tijekom procesa premazivanja, veličina zraka protok tijekom procesa sušenja i krivulja kontrole temperature. Stoga je odabir odgovarajućeg postupka premazivanja iznimno važan.
Općenito, pri odabiru metode premazivanja potrebno je uzeti u obzir nekoliko čimbenika, uključujući broj slojeva koji se premazuju, debljinu mokrog premaza, reološka svojstva tekućine za premazivanje, potrebnu točnost premazivanja, nosač ili supstrat premaza, i brzinu nanošenja premaza.
Osim navedenih čimbenika, potrebno je uzeti u obzir i specifičnu situaciju i karakteristike presvlake elektroda. Karakteristike premaza elektrode litij-ionske baterije su: ① dvostrani jednoslojni premaz; ② Vlažna prevlaka gnojnice je relativno debela (100-300 μ m); ③ Mulj je ne-Newtonov fluid visoke viskoznosti; ④ Zahtjev za preciznost za premaz polarnog filma je visok, sličan onom za premaz filmom; ⑤ Nosač premaza sastoji se od aluminijske folije i bakrene folije debljine 10-20 μ m; ⑥ U usporedbi s brzinom premazivanja filma, brzina premazivanja polarizatora nije velika. Uzimajući u obzir gore navedene čimbenike, općenito laboratorijska oprema usvaja tip strugača, potrošačke litij-ionske baterije uglavnom koriste vrstu prijenosa premaza u valjku, a električne baterije uglavnom koriste metodu ekstruzije s prorezom.
Premazivanje strugačem: Podloga od folije prolazi kroz valjak za premazivanje i izravno dolazi u kontakt sa spremnikom gnojnice. Višak kaše se nanosi na podlogu od folije. Kada podloga prolazi između valjka za nanošenje i strugala, razmak između strugala i podloge određuje debljinu premaza. U isto vrijeme, višak kaše se struže i refluksira, stvarajući jednoliku prevlaku na površini supstrata. Glavne vrste strugala su strugala zarezom. Strugač zarezom jedna je od ključnih komponenti u glavi za nanošenje premaza. Obično se obrađuje duž generatrise na površini kružnog valjka kako bi se formirao rub poput zareza. Ovaj strugač ima visoku čvrstoću i tvrdoću te je lako kontrolirati količinu i točnost premaza. Pogodan je za kaše s visokim sadržajem čvrste tvari i visokom viskoznošću.
Vrsta prijenosa premaza valjkom: Valjak za premazivanje rotira kako bi pokrenuo gnojnicu, a količina prijenosa suspenzije se podešava kroz razmak između strugača zareza. Kaša se prenosi na podlogu rotacijom stražnjeg valjka i valjka za nanošenje. Proces je prikazan na slici 2. Prijenosno premazivanje valjkom uključuje dva osnovna procesa: (1) rotacija valjka za premazivanje pokreće kašu da prođe kroz razmak između mjernih valjaka, tvoreći određenu debljinu sloja kaše; (2) Određena debljina sloja kaše prenosi se na folijski materijal rotiranjem valjka za premazivanje i zadnjeg valjka u suprotnim smjerovima kako bi se formirao premaz.
Premazivanje ekstruzijom proreza: Kao precizna tehnologija mokrog premazivanja, kao što je prikazano na slici 3, princip rada je da se tekućina za premazivanje ekstrudira i raspršuje duž razmaka kalupa za premazivanje pod određenim pritiskom i brzinom protoka, te prenosi na podlogu. U usporedbi s drugim metodama premazivanja, ima mnoge prednosti, kao što su velika brzina premazivanja, visoka točnost i jednolika mokra debljina; Sustav premazivanja je zatvoren, što može spriječiti ulazak zagađivača tijekom procesa premazivanja. Stopa iskorištenja gnojnice je visoka, a svojstva gnojnice mogu se održavati stabilnima. Više slojeva premaza može se izvesti istovremeno. I može se prilagoditi različitim rasponima viskoznosti i krutog sadržaja kaše i ima veću prilagodljivost u usporedbi s postupkom prijenosnog premaza.
3. Defekti premaza i čimbenici utjecaja
Smanjenje nedostataka premaza, poboljšanje kvalitete premaza i prinosa te smanjenje troškova tijekom procesa premazivanja važni su aspekti koje treba proučavati u tehnologiji premazivanja. Uobičajeni problemi u procesu premazivanja uključuju debelu glavu i tanki rep, debele rubove s obje strane, točkaste tamne mrlje, grubu površinu i izloženu foliju. Debljina glave i repa može se prilagoditi vremenom otvaranja i zatvaranja ventila za oblaganje ili ventila s prekidima. Problem debelih rubova može se poboljšati s aspekta svojstava kaše, podešavanja razmaka premaza, brzine protoka kaše, itd. Hrapavost površine, neravnine i pruge mogu se poboljšati stabilizacijom materijala folije, smanjenjem brzine i podešavanjem kuta zračnog noža.
Supstrat - Gnojovka
Odnos između osnovnih fizičkih svojstava kaše i premaza: U stvarnom procesu, viskoznost kaše ima određeni utjecaj na učinak premaza. Viskoznost pripremljene kaše varira ovisno o sirovinama elektrode, omjeru kaše i vrsti odabranog veziva. Kada je viskoznost kaše previsoka, premazivanje se često ne može izvoditi kontinuirano i stabilno, a to također utječe na učinak premazivanja.
Ujednačenost, stabilnost, rubni i površinski učinci tekućine za oblaganje izravno su određeni reološkim svojstvima tekućine za oblaganje, čime se izravno određuje kvaliteta premaza. Teorijska analiza, eksperimentalne tehnike premazivanja, tehnike konačnih elemenata dinamike fluida i druge istraživačke metode mogu se koristiti za proučavanje prozora premazivanja, što se odnosi na raspon rada procesa koji može postići stabilan premaz i dobiti jednoličan premaz.
Podloga - bakrena i aluminijska folija
Površinska napetost: Površinska napetost bakrene aluminijske folije mora biti veća od one premazane otopine, inače će se otopina teško glatko razmazati po podlozi, što će rezultirati lošom kvalitetom premaza. Jedno od načela koje treba slijediti je da površinska napetost otopine koju treba premazati treba biti 5 dyna/cm niža od napetosti podloge, iako je to samo grubo. Površinska napetost otopine i podloge može se podesiti podešavanjem formule ili površinske obrade podloge. Mjerenje površinske napetosti za oba bi također trebalo biti uključeno kao stavka ispitivanja kontrole kvalitete.
Ujednačena debljina: U postupcima sličnim nanošenju strugačem, nejednaka debljina preko podloge može dovesti do nejednake debljine premaza. Budući da se u procesu premazivanja debljina premaza kontrolira razmakom između strugala i podloge. Ako je manja debljina podloge u poprečnom smjeru, kroz to područje će proći više otopine i debljina premaza će biti deblja, i obrnuto. Ako se fluktuacija debljine supstrata promatra s mjerača debljine, konačna fluktuacija debljine filma također će pokazati isto odstupanje. Osim toga, bočno odstupanje debljine također može dovesti do nedostataka u namotaju. Dakle, kako bi se izbjegli takvi nedostaci, važno je kontrolirati debljinu sirovina
Statički elektricitet: Na liniji za nanošenje premaza stvara se puno statičkog elektriciteta na površini podloge tijekom odmotavanja i prolaska kroz valjak. Generirani statički elektricitet može lako apsorbirati zrak i slojeve pepela na valjku, uzrokujući oštećenja premaza. Tijekom procesa pražnjenja, statički elektricitet također može uzrokovati elektrostatičke nedostatke na površini premaza, a što je još ozbiljnije, može čak uzrokovati požare. Ako je zimi vlažnost zraka niska, problem statičkog elektriciteta na liniji za nanošenje premaza bit će izraženiji i ozbiljniji. Najučinkovitiji način za smanjenje takvih nedostataka je održavanje vlage u okolišu što je više moguće, uzemljenje linije za nanošenje premaza i ugradnja nekih antistatičkih uređaja.
Čistoća: Nečistoće na površini podloge mogu uzrokovati fizičke nedostatke kao što su udarci, prljavština itd. Dakle, u procesu proizvodnje podloge potrebno je dobro kontrolirati čistoću sirovina. Online valjci za čišćenje filma relativno su učinkovita metoda za uklanjanje nečistoća s podloge. Iako se ne mogu ukloniti sve nečistoće na membrani, ona može učinkovito poboljšati kvalitetu sirovina i smanjiti gubitke.
4. Mapa kvarova elektroda litijeve baterije
【1】 Defekti mjehurića u presvlaci negativne elektrode litij-ionskih baterija
【2】 Rupica
【3】 Ogrebotine
【4】 Debeli rub
【5】 Skupljene čestice na površini negativne elektrode
【6】 Skupljene čestice na površini pozitivne elektrode
【7】 Polarna pukotina vodovodnog sustava
【8】 Površinsko skupljanje polarizatora
【9】 Ogrebotine na površini polarizatora
【10】 Nanesite okomite pruge
【11】 Valjajuće pukotine u djelomično osušenom području polarizatora
【12】 Nabori na rubu polarizacijskog valjka
【13】 Rezanje premaza negativne elektrode i odvajanje folije
【14】 Polar oštrice za rezanje kriški
【15】 Polar rezni valoviti rub
5. Ujednačenost premaza
Takozvana ujednačenost premaza odnosi se na postojanost debljine premaza ili raspodjele ljepila unutar područja premaza. Što je bolja konzistencija debljine premaza ili količine ljepila, to je bolja ujednačenost premaza, i obrnuto. Ne postoji jedinstveni mjerni indeks za ujednačenost premaza, koji se može mjeriti odstupanjem ili postotkom odstupanja debljine premaza ili količine ljepila u svakoj točki na određenom području u odnosu na prosječnu debljinu premaza ili količine ljepila u tom području, ili pomoću razlika između maksimalne i minimalne debljine premaza ili količine ljepila na određenom području. Debljina premaza obično se izražava u µm.
Ujednačenost premaza koristi se za procjenu ukupnog stanja premaza područja. Ali u stvarnoj proizvodnji obično više brinemo o jednolikosti u vodoravnom i okomitom smjeru podloge. Takozvana bočna ujednačenost odnosi se na ujednačenost u smjeru širine premaza (ili bočnom smjeru stroja). Takozvana uzdužna ujednačenost odnosi se na ujednačenost u smjeru duljine premaza (ili smjeru kretanja podloge).
Postoje značajne razlike u veličini, faktorima utjecaja i metodama kontrole horizontalnih i vertikalnih pogrešaka pri nanošenju ljepila. Općenito, što je veća širina podloge (ili premaza), to je teže kontrolirati bočnu ujednačenost. Na temelju godina praktičnog iskustva u nanošenju premaza, kada je širina podloge manja od 800 mm, obično se lako jamči bočna jednolikost; Kada je širina podloge između 1300-1800 mm, bočna ujednačenost se često može dobro kontrolirati, ali je to teško i zahtijeva znatnu razinu profesionalne stručnosti; Kada je širina podloge iznad 2000 mm, vrlo je teško kontrolirati bočnu ujednačenost, a samo nekoliko proizvođača to može dobro podnijeti. Kako se proizvodna serija (tj. duljina premaza) povećava, uzdužna ujednačenost može postati veći izazov ili poteškoća od poprečne ujednačenosti.