กระบวนการเคลือบและข้อบกพร่องของแบตเตอรี่ลิเธียม

1. อิทธิพลของกระบวนการเคลือบต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม

การเคลือบแบบโพลาร์โดยทั่วไปหมายถึงกระบวนการเคลือบสารละลายที่กวนอย่างสม่ำเสมอบนตัวสะสมปัจจุบันและทำให้ตัวทำละลายอินทรีย์แห้งในสารละลาย ผลการเคลือบมีผลกระทบอย่างมากต่อความจุของแบตเตอรี่ ความต้านทานภายใน อายุการใช้งานของวงจร และความปลอดภัย ทำให้มั่นใจได้ว่าแผ่นอิเล็กโทรดจะเคลือบสม่ำเสมอ การเลือกวิธีการเคลือบและพารามิเตอร์ควบคุมมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งส่วนใหญ่ปรากฏใน:

1) การควบคุมอุณหภูมิการอบแห้งของการเคลือบ: หากอุณหภูมิการอบแห้งในระหว่างการเคลือบต่ำเกินไป ไม่สามารถรับประกันว่าอิเล็กโทรดจะแห้งสนิท หากอุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการแตกร้าว ลอก และปรากฏการณ์อื่น ๆ บนผิวเคลือบของอิเล็กโทรดเนื่องจากการระเหยอย่างรวดเร็วของตัวทำละลายอินทรีย์ภายในอิเล็กโทรด

2) ความหนาแน่นของพื้นผิวเคลือบ: หากความหนาแน่นของพื้นผิวเคลือบต่ำเกินไป ความจุของแบตเตอรี่อาจไม่ถึงความจุที่กำหนด หากความหนาแน่นของพื้นผิวเคลือบสูงเกินไป อาจทำให้ส่วนผสมสิ้นเปลืองได้ง่าย ในกรณีที่รุนแรง หากมีความจุอิเล็กโทรดบวกมากเกินไป ลิเธียมเดนไดรต์อาจก่อตัวเนื่องจากการตกตะกอนของลิเธียม และเจาะทะลุตัวแยกแบตเตอรี่ ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรและก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย

3) ขนาดการเคลือบ: หากขนาดการเคลือบเล็กเกินไปหรือใหญ่เกินไปอาจทำให้อิเล็กโทรดบวกภายในแบตเตอรี่ไม่สามารถถูกอิเล็กโทรดลบปกคลุมได้อย่างสมบูรณ์ ในระหว่างกระบวนการชาร์จ ลิเธียมไอออนจะถูกฝังจากอิเล็กโทรดบวก และเคลื่อนไปยังอิเล็กโทรไลต์ที่อิเล็กโทรดเชิงลบไม่ได้ปกคลุมทั้งหมด ความจุที่แท้จริงของอิเล็กโทรดบวกไม่สามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และในกรณีที่รุนแรง เดนไดรต์ลิเธียมอาจก่อตัวขึ้นภายในแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถเจาะทะลุตัวคั่นได้ง่าย และทำให้เกิดความเสียหายต่อวงจรภายในของแบตเตอรี่

4) ความหนาของการเคลือบ: หากความหนาของการเคลือบบางเกินไปหรือหนาเกินไป จะส่งผลต่อกระบวนการรีดอิเล็กโทรดที่ตามมา และไม่สามารถรับประกันความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ได้

นอกจากนี้การเคลือบอิเล็กโทรดยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ก่อนการเคลือบ ควรทำงาน 5S เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอนุภาค เศษฝุ่น ฯลฯ ผสมเข้าไปในอิเล็กโทรดในระหว่างกระบวนการเคลือบ หากเศษผงปะปนเข้าไป อาจทำให้เกิดการลัดวงจรระดับไมโครภายในแบตเตอรี่ได้ และในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดเพลิงไหม้และการระเบิดของแบตเตอรี่ได้

2. การเลือกอุปกรณ์การเคลือบและกระบวนการเคลือบ

กระบวนการเคลือบทั่วไปประกอบด้วย: การคลี่คลาย → การประกบ → การดึง → การควบคุมความตึง → การเคลือบ → การอบแห้ง → การแก้ไข → การควบคุมความตึง → การแก้ไข → การม้วน และกระบวนการอื่น ๆ กระบวนการเคลือบมีความซับซ้อนและมีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อผลของการเคลือบ เช่น ความแม่นยำในการผลิตของอุปกรณ์การเคลือบ ความราบรื่นของการทำงานของอุปกรณ์ การควบคุมแรงตึงแบบไดนามิกระหว่างกระบวนการเคลือบ ขนาดของอากาศ ไหลระหว่างกระบวนการอบแห้ง และกราฟควบคุมอุณหภูมิ ดังนั้นการเลือกกระบวนการเคลือบที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

โดยทั่วไป เมื่อเลือกวิธีการเคลือบ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ รวมถึงจำนวนชั้นที่จะเคลือบ ความหนาของการเคลือบเปียก คุณสมบัติทางรีโอโลจีของของเหลวเคลือบ ความแม่นยำในการเคลือบที่ต้องการ สิ่งรองรับหรือซับสเตรตในการเคลือบ และความเร็วในการเคลือบ

นอกจากปัจจัยข้างต้นแล้ว ยังจำเป็นต้องพิจารณาสถานการณ์และลักษณะเฉพาะของการเคลือบอิเล็กโทรดด้วย ลักษณะของการเคลือบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ: 1 การเคลือบชั้นเดียวสองด้าน; 2 การเคลือบแบบเปียกของสารละลายค่อนข้างหนา (100-300 μ m) 3 สารละลายเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูงที่ไม่ใช่ของนิวตัน ④ ข้อกำหนดด้านความแม่นยำสำหรับการเคลือบฟิล์มโพลาไรซ์นั้นสูง เช่นเดียวกับการเคลือบฟิล์ม ⑤ ส่วนรองรับการเคลือบประกอบด้วยอลูมิเนียมฟอยล์และฟอยล์ทองแดงที่มีความหนา 10-20 μ m; ⑥ เมื่อเทียบกับความเร็วการเคลือบของฟิล์ม ความเร็วในการเคลือบของโพลาไรเซอร์ไม่สูง เมื่อคำนึงถึงปัจจัยข้างต้น โดยทั่วไปอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการจะใช้ประเภทมีดโกน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ใช้ประเภทการถ่ายโอนการเคลือบแบบม้วน และแบตเตอรี่พลังงานส่วนใหญ่จะใช้วิธีการอัดรีดแบบสลิต

การเคลือบมีดโกน: พื้นผิวฟอยล์จะผ่านลูกกลิ้งเคลือบและสัมผัสกับถังสารละลายโดยตรง สารละลายส่วนเกินถูกนำไปใช้กับพื้นผิวฟอยล์ เมื่อวัสดุพิมพ์ผ่านระหว่างลูกกลิ้งเคลือบและเครื่องขูด ช่องว่างระหว่างเครื่องขูดและวัสดุพิมพ์จะกำหนดความหนาของการเคลือบ ในเวลาเดียวกัน สารละลายส่วนเกินจะถูกขูดออกและไหลย้อน ทำให้เกิดการเคลือบสม่ำเสมอบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ เครื่องขูดประเภทหลักคือเครื่องขูดลูกน้ำ มีดโกนลูกน้ำเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญในหัวเคลือบ โดยทั่วไปจะมีการกลึงตามแนวเจเนราทริกซ์บนพื้นผิวของลูกกลิ้งทรงกลมเพื่อสร้างขอบคล้ายลูกน้ำ เครื่องขูดนี้มีความแข็งแรงและความแข็งสูงและควบคุมปริมาณการเคลือบและความแม่นยำได้ง่าย เหมาะสำหรับสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงและความหนืดสูง

ประเภทการถ่ายโอนการเคลือบแบบลูกกลิ้ง: ลูกกลิ้งเคลือบจะหมุนเพื่อขับเคลื่อนสารละลาย และปริมาณการถ่ายโอนของสารละลายจะถูกปรับผ่านช่องว่างระหว่างเครื่องขูดลูกน้ำ สารละลายจะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวโดยการหมุนของลูกกลิ้งด้านหลังและลูกกลิ้งเคลือบ กระบวนการนี้แสดงในรูปที่ 2 การเคลือบถ่ายโอนการเคลือบแบบลูกกลิ้งเกี่ยวข้องกับกระบวนการพื้นฐานสองกระบวนการ: (1) การหมุนของลูกกลิ้งเคลือบจะขับเคลื่อนสารละลายให้ผ่านช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งวัด ทำให้เกิดชั้นสารละลายที่มีความหนา (2) (2) ความหนาของชั้นสารละลายจะถูกถ่ายโอนไปยังวัสดุฟอยล์โดยการหมุนลูกกลิ้งเคลือบและลูกกลิ้งด้านหลังไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อสร้างการเคลือบ

การเคลือบแบบอัดรีดแบบ Slit: ในฐานะเทคโนโลยีการเคลือบแบบเปียกที่แม่นยำ ดังแสดงในรูปที่ 3 หลักการทำงานคือของเหลวเคลือบจะถูกอัดและพ่นไปตามช่องว่างของแม่พิมพ์เคลือบภายใต้ความดันและอัตราการไหลที่แน่นอน และถ่ายโอนไปยังพื้นผิว เมื่อเทียบกับวิธีการเคลือบอื่นๆ มีข้อดีหลายประการ เช่น ความเร็วในการเคลือบที่รวดเร็ว ความแม่นยำสูง และความหนาเปียกสม่ำเสมอ ระบบการเคลือบปิดซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้สารมลพิษเข้ามาในระหว่างกระบวนการเคลือบ อัตราการใช้ของสารละลายอยู่ในระดับสูง และสามารถรักษาคุณสมบัติของสารละลายให้คงที่ได้ สามารถเคลือบหลายชั้นพร้อมกันได้ และสามารถปรับให้เข้ากับความหนืดที่แตกต่างกันและช่วงปริมาณของแข็งของสารละลายได้ และมีความสามารถในการปรับตัวได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับกระบวนการเคลือบแบบถ่ายโอน

3. ข้อบกพร่องของการเคลือบและปัจจัยที่มีอิทธิพล

การลดข้อบกพร่องในการเคลือบ การปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของการเคลือบ และการลดต้นทุนในระหว่างกระบวนการเคลือบถือเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องศึกษาในเทคโนโลยีการเคลือบ ปัญหาที่พบบ่อยในกระบวนการเคลือบ ได้แก่ หัวหนาและหางบาง ขอบหนาทั้งสองด้าน จุดเหมือนจุดด่างดำ พื้นผิวขรุขระ และฟอยล์เปลือย ความหนาของหัวและหางสามารถปรับได้ตามเวลาเปิดและปิดของวาล์วเคลือบหรือวาล์วไม่ต่อเนื่อง ปัญหาขอบหนาสามารถปรับปรุงได้จากคุณสมบัติด้านสารละลาย การปรับช่องว่างการเคลือบ อัตราการไหลของสารละลาย ฯลฯ สามารถปรับปรุงความหยาบของพื้นผิว ความไม่สม่ำเสมอ และแถบได้ โดยการรักษาเสถียรภาพของวัสดุฟอยล์ ลดความเร็ว และการปรับมุม ของมีดลม

พื้นผิว - สารละลาย

ความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของสารละลายและการเคลือบ: ในกระบวนการจริง ความหนืดของสารละลายมีผลกระทบต่อผลกระทบของการเคลือบ ความหนืดของสารละลายที่เตรียมจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุดิบอิเล็กโทรด อัตราส่วนของสารละลาย และประเภทของสารยึดเกาะที่เลือก เมื่อความหนืดของสารละลายสูงเกินไป การเคลือบมักจะไม่สามารถดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องและเสถียร และผลกระทบของการเคลือบก็ได้รับผลกระทบเช่นกัน

ความสม่ำเสมอ ความเสถียร ขอบและผลกระทบของพื้นผิวของของเหลวเคลือบจะถูกกำหนดโดยตรงจากคุณสมบัติทางรีโอโลจีของของเหลวเคลือบ ดังนั้นจึงกำหนดคุณภาพของการเคลือบโดยตรง การวิเคราะห์เชิงทฤษฎี เทคนิคการทดลองการเคลือบ เทคนิคไฟไนต์เอลิเมนต์พลศาสตร์ของไหล และวิธีการวิจัยอื่นๆ สามารถใช้ในการศึกษาหน้าต่างการเคลือบ ซึ่งหมายถึงช่วงการทำงานของกระบวนการที่สามารถบรรลุการเคลือบที่มีความเสถียรและได้รับการเคลือบที่สม่ำเสมอ

พื้นผิว - ทองแดงและอลูมิเนียมฟอยล์

แรงตึงผิว: แรงตึงผิวของทองแดงอลูมิเนียมฟอยล์จะต้องสูงกว่าของสารละลายที่เคลือบ มิฉะนั้นสารละลายจะกระจายตัวได้อย่างราบรื่นบนพื้นผิวได้ยาก ส่งผลให้คุณภาพการเคลือบไม่ดี หลักการประการหนึ่งที่ต้องปฏิบัติตามคือแรงตึงผิวของสารละลายที่จะเคลือบควรต่ำกว่าแรงตึงผิวของพื้นผิว 5 dynes/cm แม้ว่าจะเป็นเพียงความหยาบก็ตาม สามารถปรับแรงตึงผิวของสารละลายและซับสเตรตได้โดยการปรับสูตรหรือการปรับสภาพพื้นผิวของซับสเตรต การวัดแรงตึงผิวของทั้งสองควรรวมอยู่ในรายการทดสอบการควบคุมคุณภาพด้วย

ความหนาสม่ำเสมอ: ในกระบวนการที่คล้ายกับการเคลือบด้วยเครื่องขูด ความหนาที่ไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวอาจทำให้การเคลือบมีความหนาไม่เท่ากัน เพราะในกระบวนการเคลือบ ความหนาของการเคลือบจะถูกควบคุมโดยช่องว่างระหว่างมีดโกนและพื้นผิว หากมีความหนาของพื้นผิวต่ำกว่าในทิศทางตามขวาง สารละลายจะผ่านบริเวณนั้นมากขึ้น และความหนาของชั้นเคลือบจะหนาขึ้น และในทางกลับกัน หากสังเกตความผันผวนของความหนาของวัสดุพิมพ์จากเกจวัดความหนา ความผันผวนของความหนาของฟิล์มขั้นสุดท้ายจะแสดงค่าเบี่ยงเบนเดียวกันด้วย นอกจากนี้การเบี่ยงเบนความหนาด้านข้างอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในการม้วนได้ ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องดังกล่าว การควบคุมความหนาของวัตถุดิบจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ไฟฟ้าสถิตย์: บนเส้นเคลือบ ไฟฟ้าสถิตจำนวนมากถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ในระหว่างการคลี่คลายและผ่านลูกกลิ้ง ไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นสามารถดูดซับอากาศและชั้นเถ้าบนลูกกลิ้งได้อย่างง่ายดาย ทำให้เกิดข้อบกพร่องในการเคลือบ ในระหว่างกระบวนการคายประจุ ไฟฟ้าสถิตอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในลักษณะไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวเคลือบ และที่ร้ายแรงกว่านั้นอาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้ หากความชื้นต่ำในฤดูหนาว ปัญหาไฟฟ้าสถิตย์บนเส้นเคลือบจะเด่นชัดและรุนแรงมากขึ้น วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดข้อบกพร่องดังกล่าวคือการรักษาความชื้นในสิ่งแวดล้อมให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ กราวด์เส้นเคลือบ และติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตบางชนิด

ความสะอาด: สิ่งเจือปนบนพื้นผิวของซับสเตรตอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องทางกายภาพ เช่น การกระแทก สิ่งสกปรก ฯลฯ ดังนั้นในกระบวนการผลิตของซับสเตรตจึงจำเป็นต้องควบคุมความสะอาดของวัตถุดิบให้ดี ลูกกลิ้งทำความสะอาดฟิล์มแบบออนไลน์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการขจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิว แม้ว่าสิ่งสกปรกบนเมมเบรนจะไม่สามารถกำจัดออกได้ทั้งหมด แต่ก็สามารถปรับปรุงคุณภาพของวัตถุดิบและลดการสูญเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. แผนที่ข้อบกพร่องของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม

【 1 】ข้อบกพร่องฟองในการเคลือบขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

【2】รูเข็ม

【 3 】มีรอยขีดข่วน

【4】ขอบหนา

【5】 อนุภาครวมตัวบนพื้นผิวอิเล็กโทรดเชิงลบ

【 6 】อนุภาครวมบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดบวก

【7】ระบบน้ำมีรอยแตกขั้ว

【8】 การหดตัวของพื้นผิวของโพลาไรเซอร์

【9】 มีรอยขีดข่วนบนพื้นผิวของโพลาไรเซอร์

【10】 ใช้แถบแนวตั้ง

【11】 รอยแตกกลิ้งในบริเวณที่แห้งบางส่วนของโพลาไรเซอร์

【12】 รอยย่นที่ขอบของลูกกลิ้งโพลาไรเซอร์

【 13 】 การเคลือบกรีดขั้วลบและการถอดฟอยล์

【 14 】 เสี้ยนตัดขั้ว

【 15 】ขอบคลื่นตัดขั้วชิ้น

5. ความสม่ำเสมอของการเคลือบ

ความสม่ำเสมอของการเคลือบที่เรียกว่าหมายถึงความสม่ำเสมอของความหนาของการเคลือบหรือการกระจายตัวของกาวภายในพื้นที่เคลือบ ยิ่งความหนาของสีเคลือบหรือปริมาณกาวมีความสม่ำเสมอดีขึ้นเท่าใด ความสม่ำเสมอของการเคลือบก็จะดีขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ไม่มีดัชนีการวัดแบบรวมสำหรับความสม่ำเสมอของการเคลือบ ซึ่งสามารถวัดได้โดยการเบี่ยงเบนหรือเปอร์เซ็นต์ความเบี่ยงเบนของความหนาของการเคลือบหรือปริมาณกาวที่แต่ละจุดในพื้นที่หนึ่งโดยสัมพันธ์กับความหนาเฉลี่ยของการเคลือบหรือปริมาณกาวในพื้นที่นั้น หรือโดย ความแตกต่างระหว่างความหนาเคลือบสูงสุดและต่ำสุดหรือปริมาณกาวในบางพื้นที่ ความหนาของสารเคลือบมักจะแสดงเป็น µ m

ความสม่ำเสมอของการเคลือบใช้เพื่อประเมินสภาพการเคลือบโดยรวมของพื้นที่ แต่ในการผลิตจริง เรามักจะให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอของพื้นผิวทั้งแนวนอนและแนวตั้งมากกว่า สิ่งที่เรียกว่าความสม่ำเสมอด้านข้างหมายถึงความสม่ำเสมอในทิศทางความกว้างของการเคลือบ (หรือทิศทางด้านข้างของเครื่องจักร) สิ่งที่เรียกว่าความสม่ำเสมอตามยาวหมายถึงความสม่ำเสมอในทิศทางความยาวของการเคลือบ (หรือทิศทางการเคลื่อนที่ของซับสเตรต)

ขนาด ปัจจัยที่มีอิทธิพล และวิธีการควบคุมข้อผิดพลาดในการใช้กาวแนวนอนและแนวตั้งมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ โดยทั่วไป ยิ่งความกว้างของพื้นผิว (หรือการเคลือบ) มากเท่าไร การควบคุมความสม่ำเสมอด้านข้างก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น จากประสบการณ์จริงหลายปีในการเคลือบ เมื่อความกว้างของพื้นผิวต่ำกว่า 800 มม. มักจะรับประกันความสม่ำเสมอด้านข้างได้อย่างง่ายดาย เมื่อความกว้างของวัสดุพิมพ์อยู่ระหว่าง 1300-1800 มม. มักจะสามารถควบคุมความสม่ำเสมอด้านข้างได้ดี แต่เป็นเรื่องยากและต้องใช้ความเชี่ยวชาญระดับมืออาชีพในระดับหนึ่ง เมื่อความกว้างของวัสดุพิมพ์สูงกว่า 2000 มม. การควบคุมความสม่ำเสมอด้านข้างเป็นเรื่องยากมาก และมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่สามารถจัดการได้ดี เมื่อชุดการผลิต (เช่น ความยาวการเคลือบ) เพิ่มขึ้น ความสม่ำเสมอของแนวยาวอาจกลายเป็นความท้าทายหรือความยากลำบากมากกว่าความสม่ำเสมอตามขวาง