1. Utjecaj procesa premazivanja na performanse litijumskih baterija
Polarni premaz se općenito odnosi na proces ravnomjernog oblaganja promiješane suspenzije na kolektor struje i sušenja organskih rastvarača u suspenziji. Efekat premaza ima značajan uticaj na kapacitet baterije, unutrašnji otpor, životni vek i sigurnost, obezbeđujući ravnomerno premazivanje listova elektroda. Odabir metoda premaza i kontrolnih parametara imaju značajan utjecaj na performanse litijum-jonskih baterija, što se uglavnom manifestira u:
1) Kontrola temperature sušenja premaza: Ako je temperatura sušenja tokom nanošenja premaza preniska, to ne može garantirati potpuno sušenje elektrode. Ako je temperatura previsoka, može uzrokovati pucanje, ljuštenje i druge pojave na površinskom premazu elektrode zbog brzog isparavanja organskih otapala unutar elektrode;
2) Gustoća površine premaza: Ako je površinska gustina premaza preniska, kapacitet baterije možda neće dostići nominalni kapacitet. Ako je površinska gustina premaza previsoka, lako je uzrokovati gubitak sastojaka. U teškim slučajevima, ako postoji višak kapaciteta pozitivne elektrode, litijum dendriti se mogu formirati usled taloženja litijuma i probiti separator baterije, uzrokujući kratki spoj i predstavljajući opasnost po bezbednost;
3) Veličina premaza: Ako je veličina premaza premala ili prevelika, to može uzrokovati da pozitivna elektroda unutar baterije ne bude potpuno pokrivena negativnom elektrodom. Tokom procesa punjenja, litijevi joni se ugrađuju iz pozitivne elektrode i kreću do elektrolita koji nije potpuno pokriven negativnom elektrodom. Stvarni kapacitet pozitivne elektrode ne može se efikasno iskoristiti, au teškim slučajevima se unutar baterije mogu formirati litijumski dendriti, koji mogu lako probiti separator i uzrokovati oštećenje unutrašnjeg kola baterije;
4) Debljina premaza: Ako je debljina premaza pretanka ili predebela, to će uticati na kasniji proces valjanja elektrode i ne može garantovati konzistentnost performansi elektrode baterije.
Osim toga, oblaganje elektroda je od velikog značaja za sigurnost baterija. Prije nanošenja premaza, 5S treba obaviti rad kako bi se osiguralo da se čestice, krhotine, prašina itd. ne miješaju u elektrodu tokom procesa premazivanja. Ako se krhotine umiješaju, to može uzrokovati mikro kratke spojeve unutar baterije, au teškim slučajevima može dovesti do požara i eksplozije baterije.
2. Izbor opreme za premazivanje i proces premazivanja
Opšti proces premazivanja uključuje: odmotavanje → spajanje → povlačenje → kontrolu napetosti → premazivanje → sušenje → korekciju → kontrolu napetosti → korekciju → namotavanje i druge procese. Proces premazivanja je složen, a postoji i mnogo faktora koji utiču na efekat premaza, kao što su tačnost proizvodnje opreme za premazivanje, glatkoća rada opreme, kontrola dinamičke napetosti tokom procesa premaza, veličina vazduha protoka tokom procesa sušenja i krivulje kontrole temperature. Stoga je odabir odgovarajućeg postupka premazivanja izuzetno važan.
Općenito, prilikom odabira metode premaza, potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora, uključujući broj slojeva koji se premazuju, debljinu vlažnog premaza, reološka svojstva tekućine za premazivanje, potrebnu tačnost premaza, potporu premaza ili podlogu, i brzinu nanošenja premaza.
Pored navedenih faktora, potrebno je uzeti u obzir i specifičnu situaciju i karakteristike oblaganja elektroda. Karakteristike premaza elektrode litijum-jonske baterije su: ① dvostrani jednoslojni premaz; ② Vlažni premaz suspenzije je relativno debeo (100-300 μ m); ③ Suspenzija je nenjutnovska tečnost visokog viskoziteta; ④ Zahtjevi za preciznost za premazivanje polarnim filmom su visoki, slično kao kod filmskog premaza; ⑤ Nosač premaza se sastoji od aluminijske i bakarne folije debljine 10-20 μm; ⑥ U poređenju sa brzinom premaza filma, brzina premaza polarizatora nije velika. Uzimajući u obzir gore navedene faktore, općenito laboratorijska oprema usvaja tip strugača, potrošačke litijum-jonske baterije uglavnom koriste tip prijenosa premaza u rolnama, a električne baterije uglavnom koriste metodu ekstrudiranja proreza.
Oblaganje strugačem: Podloga od folije prolazi kroz valjak za premazivanje i direktno dolazi u kontakt sa rezervoarom za mulj. Višak kaše se nanosi na folijsku podlogu. Kada podloga prođe između valjka za premazivanje i strugača, razmak između strugača i podloge određuje debljinu premaza. Istovremeno, višak suspenzije se sastruže i refluksira, formirajući jednoličan premaz na površini podloge. Glavne vrste strugača su strugači sa zarezima. Strugač za zarez je jedna od ključnih komponenti u glavi premaza. Općenito se obrađuje duž generatrise na površini kružnog valjka kako bi se formirao rub nalik zarezu. Ovaj strugač ima veliku čvrstoću i tvrdoću i lako je kontrolirati količinu i preciznost premaza. Pogodan je za visoko viskoznu kašu sa visokim sadržajem čvrstih materija.
Vrsta prijenosa premaza pomoću valjka: Valjak za premazivanje rotira kako bi pokrenuo suspenziju, a količina prijenosa suspenzije se podešava kroz razmak između strugača za zarez. Suspenzija se prenosi na podlogu rotacijom zadnjeg valjka i valjka za oblaganje. Proces je prikazan na slici 2. Prenošenje premaza pomoću valjka uključuje dva osnovna procesa: (1) rotacija valjka za oblaganje tjera suspenziju da prođe kroz razmak između mjernih valjaka, formirajući određenu debljinu sloja suspenzije; (2) Određena debljina sloja kaše se prenosi na folijski materijal rotacijom valjka za premazivanje i zadnjeg valjka u suprotnim smjerovima kako bi se formirao premaz.
Prorez ekstruzijskim premazom: Kao precizna tehnologija vlažnog premaza, kao što je prikazano na slici 3, princip rada je da se tekućina za premazivanje ekstrudira i raspršuje duž praznina kalupa za premazivanje pod određenim pritiskom i brzinom protoka i prenosi na podlogu. U poređenju sa drugim metodama nanošenja premaza, ima mnoge prednosti, kao što su brza brzina nanošenja premaza, visoka preciznost i ujednačena vlažna debljina; Sistem premaza je zatvoren, što može spriječiti ulazak zagađivača tokom procesa premazivanja. Stopa iskorišćenja muljnog rastvora je visoka, a svojstva suspenzije se mogu održavati stabilnim. Istovremeno se može izvesti više slojeva premaza. I može se prilagoditi različitim rasponima viskoziteta i čvrstog sadržaja suspenzije, i ima jaču prilagodljivost u odnosu na proces transferiranja premaza.
3. Defekti premaza i faktori koji utiču
Smanjenje defekata premaza, poboljšanje kvaliteta i prinosa premaza i smanjenje troškova tokom procesa premazivanja važni su aspekti koje treba proučiti u tehnologiji premaza. Uobičajeni problemi u procesu premazivanja su debela glava i tanak rep, debele ivice sa obe strane, tačke poput tamnih mrlja, hrapava površina i izložena folija. Debljina glave i repa može se podesiti vremenom otvaranja i zatvaranja ventila za oblaganje ili intermitentnog ventila. Problem debelih ivica se može poboljšati sa aspekta svojstava suspenzije, podešavanja zazora premaza, brzine protoka suspenzije, itd. Površinska hrapavost, neravnine i pruge se mogu poboljšati stabilizacijom materijala folije, smanjenjem brzine i podešavanjem ugla vazdušnog noža.
Podloga - kaša
Odnos između osnovnih fizičkih svojstava suspenzije i premaza: U stvarnom procesu, viskoznost suspenzije ima određeni uticaj na efekat premaza. Viskoznost pripremljene suspenzije varira u zavisnosti od sirovina za elektrode, omjera suspenzije i vrste odabranog veziva. Kada je viskoznost suspenzije previsoka, premazivanje se često ne može vršiti kontinuirano i stabilno, a takođe utiče i efekat premaza.
Ujednačenost, stabilnost, ivični i površinski efekti tečnosti za premazivanje direktno su određeni reološkim svojstvima tečnosti za oblaganje, čime se direktno određuje kvalitet premaza. Teorijska analiza, eksperimentalne tehnike nanošenja premaza, tehnike konačnih elemenata dinamike fluida i druge istraživačke metode mogu se koristiti za proučavanje prozora premaza, koji se odnosi na radni opseg procesa kojim se može postići stabilan premaz i dobiti ujednačen premaz.
Podloga - bakarna i aluminijumska folija
Površinski napon: Površinski napon bakarne aluminijske folije mora biti veći od površinskog napona premazane otopine, inače će se otopina teško ravnomjerno širiti po podlozi, što će rezultirati lošim kvalitetom premaza. Jedan princip koji treba slijediti je da površinski napon rastvora koji se oblaže treba biti 5 dina/cm niži od napona podloge, iako je to samo grubo. Površinski napon rastvora i supstrata može se podesiti podešavanjem formule ili površinske obrade supstrata. Mjerenje površinskog napona za oba također treba biti uključeno kao stavka za ispitivanje kvalitete.
Ujednačena debljina: U postupcima sličnim nanošenju strugačem, nejednaka debljina na podlozi može dovesti do neujednačene debljine premaza. Budući da se u procesu nanošenja premaza debljina premaza kontrolira razmakom između strugača i podloge. Ako postoji manja debljina podloge u poprečnom smjeru, više otopine će proći kroz to područje i debljina premaza će biti deblja, i obrnuto. Ako se fluktuacija debljine podloge promatra sa mjerača debljine, konačna fluktuacija debljine filma će također pokazati isto odstupanje. Osim toga, bočno odstupanje debljine također može dovesti do oštećenja namotaja. Dakle, kako bi se izbjegli takvi nedostaci, važno je kontrolirati debljinu sirovina
Statički elektricitet: Na liniji za premazivanje stvara se mnogo statičkog elektriciteta na površini podloge tokom odmotavanja i prolaska kroz valjak. Generirani statički elektricitet može lako adsorbirati sloj zraka i pepela na valjku, uzrokujući defekte premaza. Tokom procesa pražnjenja, statički elektricitet također može uzrokovati elektrostatičke defekte izgleda na površini premaza, a što je ozbiljnije, može čak uzrokovati i požar. Ako je zimi niska vlažnost, problem statičkog elektriciteta na liniji premaza bit će izraženiji i ozbiljniji. Najefikasniji način za smanjenje takvih nedostataka je održavanje vlažnosti okoline što je moguće više, uzemljenje linije premaza i ugradnja nekih antistatičkih uređaja.
Čistoća: Nečistoće na površini podloge mogu uzrokovati fizičke nedostatke kao što su neravnine, prljavština itd. Stoga je u procesu proizvodnje podloge potrebno dobro kontrolisati čistoću sirovina. Online valjci za čišćenje filma su relativno efikasna metoda za uklanjanje nečistoća sa podloge. Iako se ne mogu ukloniti sve nečistoće na membrani, to može efikasno poboljšati kvalitet sirovina i smanjiti gubitke.
4. Mapa defekta elektroda litijumske baterije
【1】 Defekti mjehurića u prevlaci negativne elektrode litijum-jonskih baterija
【2】 Pinhole
【3】 Ogrebotine
【4】 Debeli rub
【5】 Agregirane čestice na površini negativne elektrode
【6】 Agregirane čestice na površini pozitivne elektrode
【7】 Polarna pukotina u sistemu vode
【8】 Površinsko skupljanje polarizatora
【9】 Ogrebotine na površini polarizatora
【10】 Nanesite okomite pruge
【11】 Kotrljajuće pukotine u djelomično osušenom području polarizatora
【12】 Bore na rubu polarizatora
【13】 Presvlačenje negativne elektrode i odvajanje folije
【14】 Neravnine za rezanje polarnih kriški
【15】 Polarni rezni valni rub
5. Ujednačenost premaza
Takozvana uniformnost premaza odnosi se na konzistentnost debljine premaza ili raspodjelu ljepila unutar površine 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 postotnim odstupanjem debljine premaza ili količine ljepila na svakoj tački u određenom području u odnosu na prosječnu debljinu premaza ili količinu ljepila u tom području, ili pomoću razlika između maksimalne i minimalne debljine premaza ili količine ljepila na određenom području. Debljina premaza se obično izražava u µm.
Ujednačenost premaza se koristi za procjenu ukupnog stanja premaza na području. Ali u stvarnoj proizvodnji obično nam je više stalo do ujednačenosti u horizontalnom i vertikalnom smjeru podloge. Takozvana bočna uniformnost se odnosi na ujednačenost u smjeru širine premaza (ili bočnom smjeru stroja). Takozvana uzdužna uniformnost odnosi se na ujednačenost u smjeru dužine premaza (ili smjeru kretanja podloge).
Postoje značajne razlike u veličini, faktorima utjecaja i metodama kontrole grešaka horizontalnog i vertikalnog nanošenja ljepila. Općenito, što je veća širina podloge (ili premaza), teže je kontrolirati bočnu uniformnost. Na osnovu višegodišnjeg praktičnog iskustva u premazivanju, kada je širina podloge ispod 800 mm, bočna uniformnost se obično lako garantuje; Kada je širina podloge između 1300-1800mm, bočna uniformnost se često može dobro kontrolisati, ali je teško i zahtijeva značajan nivo stručnog znanja; Kada je širina podloge iznad 2000 mm, vrlo je teško kontrolisati bočnu uniformnost, a samo nekoliko proizvođača to može dobro podnijeti. Kako se proizvodna serija (tj. dužina premaza) povećava, uzdužna uniformnost može postati veći izazov ili poteškoća od poprečne uniformnosti.