תהליך ציפוי ופגמים של סוללות ליתיום

1. השפעת תהליך הציפוי על הביצועים של סוללות ליתיום

ציפוי קוטבי מתייחס בדרך כלל לתהליך של ציפוי אחיד של תרחיץ ערבוב על אספן זרם וייבוש הממיסים האורגניים בתמיסה. להשפעת הציפוי יש השפעה משמעותית על קיבולת הסוללה, ההתנגדות הפנימית, חיי המחזור והבטיחות, מה שמבטיח ציפוי אחיד של יריעות אלקטרודות. לבחירת שיטות הציפוי ופרמטרי הבקרה יש השפעה משמעותית על הביצועים של סוללות ליתיום-יון, המתבטאת בעיקר ב:

1) בקרת טמפרטורת ייבוש הציפוי: אם טמפרטורת הייבוש במהלך הציפוי נמוכה מדי, היא אינה יכולה להבטיח ייבוש מלא של האלקטרודה. אם הטמפרטורה גבוהה מדי, היא עלולה לגרום לסדקים, קילופים ותופעות אחרות על ציפוי פני האלקטרודה עקב אידוי מהיר של ממיסים אורגניים בתוך האלקטרודה;

2) צפיפות משטח הציפוי: אם צפיפות משטח הציפוי נמוכה מדי, ייתכן שקיבולת הסוללה לא תגיע לקיבולת הנומינלית. אם צפיפות משטח הציפוי גבוהה מדי, קל לגרום לבזבוז של מרכיבים. במקרים חמורים, אם יש עודף קיבולת אלקטרודה חיובית, ליתיום דנדריטים עלולים להיווצר עקב משקעי ליתיום ולחורר את מפריד הסוללה, ולגרום לקצר חשמלי ולהוות סכנה בטיחותית;

3) גודל ציפוי: אם גודל הציפוי קטן מדי או גדול מדי, זה עלול לגרום לאלקטרודה החיובית בתוך הסוללה לא להיות מכוסה לחלוטין על ידי האלקטרודה השלילית. במהלך תהליך הטעינה, משובצים יוני ליתיום מהאלקטרודה החיובית ועוברים אל האלקטרוליט שאינו מכוסה לחלוטין על ידי האלקטרודה השלילית. לא ניתן לנצל ביעילות את הקיבולת האמיתית של האלקטרודה החיובית, ובמקרים חמורים עלולים להיווצר בתוך הסוללה דנדריטים ליתיום, שעלולים לנקב בקלות את המפריד ולגרום נזק למעגל הפנימי של הסוללה;

4) עובי הציפוי: אם עובי הציפוי דק מדי או עבה מדי, זה ישפיע על תהליך גלגול האלקטרודות הבא ולא יכול להבטיח את העקביות של ביצועי האלקטרודה של הסוללה.

בנוסף, לציפוי אלקטרודות יש משמעות רבה לבטיחות הסוללות. לפני הציפוי, יש לבצע עבודת 5S כדי להבטיח שלא יתערבבו חלקיקים, פסולת, אבק וכו' באלקטרודה במהלך תהליך הציפוי. אם מתערבבים פסולת, זה יכול לגרום לקצר חשמלי בתוך הסוללה, ובמקרים חמורים, זה יכול להוביל לשריפה ולפיצוץ של הסוללה.

2. בחירת ציוד ציפוי ותהליך ציפוי

תהליך הציפוי הכללי כולל: התפרקות → שחבור → משיכה → בקרת מתח → ציפוי → ייבוש → תיקון → בקרת מתח → תיקון → סלילה ותהליכים נוספים. תהליך הציפוי מורכב, וישנם גם גורמים רבים המשפיעים על אפקט הציפוי, כגון דיוק הייצור של ציוד הציפוי, חלקות פעולת הציוד, בקרת המתח הדינמי במהלך תהליך הציפוי, גודל האוויר. זרימה במהלך תהליך הייבוש, ועקומת בקרת הטמפרטורה. לכן, בחירת תהליך הציפוי המתאים חשובה ביותר.

ככלל, בבחירת שיטת הציפוי, יש לקחת בחשבון מספר גורמים, לרבות מספר השכבות לציפוי, עובי הציפוי הרטוב, התכונות הריאולוגיות של נוזל הציפוי, דיוק הציפוי הנדרש, תומך הציפוי או המצע, ומהירות הציפוי.

בנוסף לגורמים לעיל, יש גם לשקול את המצב הספציפי ואת המאפיינים של ציפוי אלקטרודות. המאפיינים של ציפוי אלקטרודות ליתיום-יון הם: ① ציפוי דו-צדדי חד-שכבתי; ② הציפוי הרטוב של התרחיץ הוא עבה יחסית (100-300 מיקרומטר); ③ התרחיץ הוא נוזל שאינו ניוטוני בעל צמיגות גבוהה; ④ דרישת הדיוק לציפוי סרט קוטבי היא גבוהה, דומה לזו של ציפוי סרט; ⑤ תומך הציפוי מורכב מרדיד אלומיניום ומנייר נחושת בעובי של 10-20 מיקרומטר; ⑥ בהשוואה למהירות הציפוי של הסרט, מהירות הציפוי של המקטב אינה גבוהה. בהתחשב בגורמים לעיל, בדרך כלל ציוד מעבדה מאמץ סוג מגרד, סוללות ליתיום-יון לצרכן משתמשות לרוב בסוג העברת ציפוי גליל, וסוללות כוח משתמשות בעיקר בשיטת שחול חריץ.

ציפוי מגרד: מצע נייר הכסף עובר דרך גלגלת הציפוי ומגע ישירות עם מיכל הסילוף. רפש עודף מוחל על מצע נייר הכסף. כאשר המצע עובר בין רולר הציפוי למגרד, הרווח בין המגרד למצע קובע את עובי הציפוי. במקביל, מגרדים עודפי תפוחים וזורמים ברפלוקס, ויוצרים ציפוי אחיד על פני המצע. סוגי המגרדים העיקריים הם מגרדי פסיק. מגרד הפסיק הוא אחד המרכיבים המרכזיים בראש הציפוי. בדרך כלל הוא מעובד לאורך הגנרטריקס על פני הגליל העגול ליצירת קצה דמוי פסיק. למגרד זה חוזק וקשיות גבוהים, וקל לשלוט בכמות הציפוי ובדיוק. זה מתאים לתכולת מוצקים גבוהה ותמיסות בצמיגות גבוהה.

סוג העברת ציפוי רולר: רולר הציפוי מסתובב כדי להניע את התרחיץ, וכמות ההעברה של התרחיץ מותאמת דרך הרווח בין מגרד הפסיק. התרחיץ מועבר למצע על ידי סיבוב של הרולר האחורי ורולר הציפוי. התהליך מוצג באיור 2. ציפוי העברת ציפוי רולר כרוך בשני תהליכים בסיסיים: (1) סיבוב רולר הציפוי דוחף את התרחיץ לעבור דרך הרווח בין גלילי המדידה, ויוצר עובי מסוים של שכבת התרחץ; (2) עובי מסוים של שכבת תרחיץ מועבר לחומר נייר הכסף על ידי סיבוב רולר הציפוי והגלגלת האחורית בכיוונים מנוגדים ליצירת ציפוי.

ציפוי שחול חריצים: כטכנולוגיית ציפוי רטוב מדויקת, כפי שמוצג באיור 3, עקרון העבודה הוא שנוזל הציפוי מופעל ומרוסס לאורך הרווחים של תבנית הציפוי בלחץ וקצב זרימה מסוימים, ומועבר למצע. בהשוואה לשיטות ציפוי אחרות, יש לו יתרונות רבים, כגון מהירות ציפוי מהירה, דיוק גבוה ועובי רטוב אחיד; מערכת הציפוי סגורה, מה שיכול למנוע כניסת מזהמים במהלך תהליך הציפוי. קצב הניצול של התרחיץ גבוה, וניתן לשמור על יציבות התכונות של התרחיץ. ניתן לבצע מספר שכבות של ציפוי בו זמנית. והוא יכול להסתגל לצמיגות וטווחי תכולה מוצקים שונים של תרחיץ, ויש לו יכולת הסתגלות חזקה יותר בהשוואה לתהליך ציפוי העברה.

3. ליקויי ציפוי וגורמים משפיעים

הפחתת פגמי הציפוי, שיפור איכות הציפוי והתפוקה והפחתת עלויות במהלך תהליך הציפוי הם היבטים חשובים שיש ללמוד בטכנולוגיית הציפוי. הבעיות הנפוצות בתהליך הציפוי כוללות ראש עבה וזנב דק, קצוות עבים משני הצדדים, נקודות כמו כתמים כהים, משטח מחוספס ונייר כסף חשוף. ניתן להתאים את עובי הראש והזנב לפי זמן הפתיחה והסגירה של שסתום הציפוי או השסתום לסירוגין. ניתן לשפר את בעיית הקצוות העבים מהיבטים של תכונות הרדיפה, התאמת פערי הציפוי, קצב זרימת ה-surry וכו'. ניתן לשפר את חספוס פני השטח, חוסר אחידות ופסים על ידי ייצוב חומר נייר הכסף, הפחתת המהירות והתאמת הזווית של סכין האוויר.

מצע - סלורי

הקשר בין התכונות הפיזיקליות הבסיסיות של התרחיץ והציפוי: בתהליך בפועל, לצמיגות התרחיץ יש השפעה מסוימת על אפקט הציפוי. הצמיגות של התרחיץ המוכן משתנה בהתאם לחומרי הגלם של האלקטרודה, יחס התרחיץ וסוג הקלסר שנבחר. כאשר הצמיגות של התרחיץ גבוה מדי, לעתים קרובות לא ניתן לבצע ציפוי באופן רציף ויציב, וגם אפקט הציפוי מושפע.

האחידות, היציבות, השפעות הקצה והמשטח של נוזל הציפוי נקבעות ישירות על ידי התכונות הריאולוגיות של נוזל הציפוי, ובכך קובעות ישירות את איכות הציפוי. ניתן להשתמש בניתוח תיאורטי, טכניקות ניסיוניות של ציפוי, טכניקות אלמנטים סופיים של דינמיקת נוזלים ושיטות מחקר אחרות כדי לחקור את חלון הציפוי, המתייחס לטווח פעולת התהליך שיכול להשיג ציפוי יציב ולהשיג ציפוי אחיד.

מצע - רדיד נחושת ואלומיניום

מתח פני השטח: מתח הפנים של רדיד אלומיניום נחושת חייב להיות גבוה מזה של התמיסה המצופה, אחרת התמיסה תתקשה להתפזר בצורה חלקה על המצע, וכתוצאה מכך איכות ציפוי ירודה. עיקרון אחד שיש לפעול לפיו הוא שמתח הפנים של התמיסה לציפוי צריך להיות נמוך ב-5 דינים/ס"מ מזה של המצע, אם כי זה מחוספס בלבד. ניתן להתאים את מתח הפנים של התמיסה והמצע על ידי התאמת הנוסחה או טיפול פני השטח של המצע. מדידת מתח הפנים עבור שניהם צריכה להיכלל גם כפריט בדיקת בקרת איכות.

עובי אחיד: בתהליכים הדומים לציפוי מגרד, עובי לא אחיד על פני המצע עלול להוביל לעובי ציפוי לא אחיד. מכיוון שבתהליך הציפוי, עובי הציפוי נשלט על ידי הרווח בין המגרד למצע. אם יש עובי נמוך יותר של המצע בכיוון הרוחבי, יותר תמיסה תעבור באותו אזור ועובי הציפוי יהיה עבה יותר, ולהיפך. אם נצפית את תנודת העובי של המצע ממד העובי, גם תנודת העובי הסופית של הסרט תראה את אותה סטייה. בנוסף, סטיית עובי לרוחב יכולה להוביל גם לליקויים בפיתול. אז כדי למנוע פגמים כאלה, חשוב לשלוט בעובי חומרי הגלם

חשמל סטטי: על קו הציפוי נוצר חשמל סטטי רב על פני המצע בזמן ההתפרקות והמעבר דרך הרולר. החשמל הסטטי הנוצר יכול בקלות לספוג שכבות אוויר ואפר על הרולר, ולגרום לפגמי ציפוי. במהלך תהליך הפריקה, חשמל סטטי עלול לגרום גם לפגמים במראה אלקטרוסטטי על משטח הציפוי, ויותר חמור מכך, הוא אף עלול לגרום לשריפות. אם הלחות נמוכה בחורף, בעיית החשמל הסטטי בקו הציפוי תהיה בולטת וחמורה יותר. הדרך היעילה ביותר להפחית פגמים כאלה היא לשמור על הלחות הסביבתית גבוהה ככל האפשר, לקרקע את קו הציפוי ולהתקין כמה מכשירים אנטי סטטיים.

ניקיון: זיהומים על פני המצע עלולים לגרום לפגמים פיזיים כמו בליטות, לכלוך וכדומה. לכן בתהליך הייצור של המצע יש צורך לשלוט היטב על ניקיון חומרי הגלם. גלילי ניקוי סרטים מקוונים הם שיטה יעילה יחסית להסרת זיהומי מצע. למרות שלא ניתן להסיר את כל הזיהומים על הממברנה, זה יכול לשפר ביעילות את איכות חומרי הגלם ולהפחית הפסדים.

4. מפת פגמים של אלקטרודות סוללת ליתיום

【1】 פגמים בבועות בציפוי האלקטרודה השלילי של סוללות ליתיום-יון

【2】 חריר

【3】 שריטות

【4】 קצה עבה

【5】 חלקיקים מצטברים על פני האלקטרודה השלילית

【6】 חלקיקים מצטברים על פני האלקטרודה החיובית

【7】 סדק קוטבי של מערכת המים

【8】 התכווצות פני השטח של המקטב

【9】 שריטות על פני השטח של המקטב

【10】 החל פסים אנכיים

【11】 גלגול סדקים באזור המיובש בחלקו של המקטב

【12】 קמטים בשולי גלגלת הקוטב

【13】 ציפוי חיתוך אלקטרודות שלילי וניתוק נייר כסף

【14】 קוביות חיתוך פרוסות קוטביות

【15】 קצה גל חיתוך פרוסה קוטבית

5. אחידות ציפוי

מה שנקרא אחידות הציפוי מתייחסת לעקביות של עובי הציפוי או פיזור הדבק בתוך אזור הציפוי. ככל שהעקביות של עובי הציפוי או כמות הדבק טובה יותר, כך אחידות הציפוי טובה יותר, ולהיפך. אין מדד מדידה אחיד לאחידות הציפוי, שניתן למדוד לפי הסטייה או אחוז הסטייה של עובי הציפוי או כמות הדבק בכל נקודה באזור מסוים ביחס לעובי הציפוי הממוצע או כמות ההדבקה באותו אזור, או לפי ההבדל בין עובי הציפוי המקסימלי והמינימלי או כמות הדבק באזור מסוים. עובי הציפוי מתבטא בדרך כלל במיקרומטר.

אחידות הציפוי משמשת להערכת מצב הציפוי הכולל של אזור. אבל בייצור בפועל, בדרך כלל אכפת לנו יותר מהאחידות בכיוונים האופקיים והאנכיים של המצע. האחידות הרוחבית המכונה אחידות מתייחסת לאחידות בכיוון רוחב הציפוי (או כיוון המכונה לרוחב). מה שנקרא אחידות האורך מתייחסת לאחידות בכיוון אורך הציפוי (או כיוון נסיעת המצע).

ישנם הבדלים משמעותיים בגודל, בגורמי ההשפעה ובשיטות הבקרה של טעויות ביישום דבק אופקי ואנכי. באופן כללי, ככל שרוחב המצע (או הציפוי) גדול יותר, כך קשה יותר לשלוט באחידות הרוחבית. בהתבסס על שנים של ניסיון מעשי בציפוי, כאשר רוחב המצע הוא מתחת ל-800 מ"מ, אחידות רוחבית מובטחת בדרך כלל בקלות; כאשר רוחב המצע הוא בין 1300-1800 מ"מ, לעתים קרובות ניתן לשלוט היטב על אחידות הרוחב, אך היא קשה ודורשת רמה ניכרת של מומחיות מקצועית; כאשר רוחב המצע הוא מעל 2000 מ"מ, קשה מאוד לשלוט באחידות הרוחבית, ורק יצרנים בודדים יכולים להתמודד עם זה היטב. ככל שאצוות הייצור (כלומר אורך הציפוי) גדלה, אחידות האורך עשויה להפוך לאתגר או קושי גדול יותר מאחידות רוחבית.