1. Утицај процеса премазивања на перформансе литијумских батерија
Поларни премаз се генерално односи на процес равномерног облагања мешане суспензије на колектор струје и сушења органских растварача у суспензији. Ефекат премаза има значајан утицај на капацитет батерије, унутрашњи отпор, животни век и безбедност, обезбеђујући равномерни премаз електродних листова. Избор метода премаза и контролних параметара имају значајан утицај на перформансе литијум-јонских батерија, углавном се манифестују у:
1) Контрола температуре сушења премаза: Ако је температура сушења током наношења премаза прениска, то не може гарантовати потпуно сушење електроде. Ако је температура превисока, може изазвати пуцање, љуштење и друге појаве на површинском премазу електроде због брзог испаравања органских растварача унутар електроде;
2) Површинска густина премаза: Ако је површинска густина премаза прениска, капацитет батерије можда неће достићи номинални капацитет. Ако је површинска густина премаза превисока, лако је изазвати губитак састојака. У тешким случајевима, ако постоји вишак капацитета позитивне електроде, литијум дендрити се могу формирати услед таложења литијума и пробити сепаратор батерије, узрокујући кратак спој и представљајући опасност по безбедност;
3) Величина премаза: Ако је величина премаза премала или превелика, то може довести до тога да позитивна електрода унутар батерије не буде потпуно покривена негативном електродом. Током процеса пуњења, литијум јони се уграђују из позитивне електроде и крећу се до електролита који није потпуно покривен негативном електродом. Стварни капацитет позитивне електроде не може се ефикасно искористити, ау тешким случајевима, унутар батерије се могу формирати литијумски дендрити, који могу лако пробити сепаратор и узроковати оштећење унутрашњег кола батерије;
4) Дебљина премаза: Ако је дебљина премаза сувише танка или предебела, то ће утицати на каснији процес ваљања електроде и не може гарантовати конзистентност перформанси електроде батерије.
Поред тога, облагање електрода је од великог значаја за безбедност батерија. Пре наношења премаза, 5С треба да се уради како би се осигурало да се честице, остаци, прашина итд. не мешају у електроду током процеса премазивања. Ако се крхотине умешају, то може изазвати микро кратке спојеве унутар батерије, ау тешким случајевима може довести до пожара и експлозије батерије.
2. Избор опреме за премазивање и процес премазивања
Општи процес премазивања обухвата: одмотавање → спајање → повлачење → контролу затезања → премазивање → сушење → корекцију → контролу затезања → корекцију → намотавање и друге процесе. Процес наношења премаза је сложен, а постоји и много фактора који утичу на ефекат премаза, као што су тачност производње опреме за премазивање, глаткоћа рада опреме, контрола динамичке напетости током процеса премаза, величина ваздуха проток током процеса сушења и крива контроле температуре. Због тога је одабир одговарајућег процеса премаза изузетно важан.
Генерално, када се бира метода премаза, потребно је узети у обзир неколико фактора, укључујући број слојева који се облажу, дебљину влажног премаза, реолошке особине течности за премазивање, потребну тачност премаза, носач премаза или подлогу, и брзину наношења премаза.
Поред наведених фактора, потребно је узети у обзир и специфичну ситуацију и карактеристике премаза електрода. Карактеристике премаза електроде литијум-јонске батерије су: ① двострани једнослојни премаз; ② Влажни премаз суспензије је релативно дебео (100-300 μм); ③ Суспензија је нењутновска течност високог вискозитета; ④ Захтеви за прецизност за премазивање поларним филмом су високи, слично као код филмског премаза; ⑤ Носач премаза се састоји од алуминијумске фолије и бакарне фолије дебљине 10-20 μм; ⑥ У поређењу са брзином премаза филма, брзина премаза поларизатора није велика. Узимајући у обзир горе наведене факторе, генерално лабораторијска опрема усваја тип стругача, потрошачке литијум-јонске батерије углавном користе тип преноса премаза у ролнама, а енергетске батерије углавном користе метод екструдирања прореза.
Премаз стругача: Подлога од фолије пролази кроз ваљак за премазивање и директно долази у контакт са резервоаром за муљ. Вишак каше се наноси на подлогу од фолије. Када подлога прође између ваљка за премазивање и стругача, размак између стругача и подлоге одређује дебљину премаза. У исто време, вишак суспензије се саструже и рефлуксује, формирајући једноличан премаз на површини подлоге. Главне врсте стругача су стругачи зареза. Стругач за зарез је једна од кључних компоненти у глави премаза. Обично се обрађује дуж генератриксе на површини кружног ваљка да би се формирала ивица налик зарезу. Овај стругач има велику чврстоћу и тврдоћу и лако је контролисати количину и тачност премаза. Погодан је за велике количине чврстих материја и високо вискозних муља.
Тип преноса премаза са ваљком: Ваљак за премазивање се ротира да би покренуо суспензију, а количина преноса суспензије се подешава кроз размак између стругача за зарез. Суспензија се преноси на подлогу ротацијом задњег ваљка и ваљка за облагање. Процес је приказан на слици 2. Преношење премаза помоћу ваљка укључује два основна процеса: (1) ротација ваљка за премазивање покреће суспензију да прође кроз размак између мерних ваљака, формирајући одређену дебљину слоја суспензије; (2) Одређена дебљина слоја каше се преноси на фолијски материјал ротацијом ваљка за облагање и задњег ваљка у супротним смеровима да би се формирао премаз.
Прорез екструзијским премазом: Као прецизна технологија влажног премаза, као што је приказано на слици 3, принцип рада је да се течност за облагање екструдира и распршује дуж празнина калупа за премазивање под одређеним притиском и брзином протока и преноси на подлогу. У поређењу са другим методама премаза, има много предности, као што су брза брзина наношења премаза, висока прецизност и уједначена влажна дебљина; Систем премаза је затворен, што може спречити улазак загађивача током процеса премазивања. Стопа искоришћења суспензије је висока, а својства суспензије се могу одржавати стабилним. Више слојева премаза може се извршити истовремено. И може се прилагодити различитим распонима вискозитета и чврстог садржаја суспензије, и има јачу прилагодљивост у поређењу са процесом преносног премаза.
3. Дефекти премаза и фактори утицаја
Смањење дефеката премаза, побољшање квалитета премаза и приноса, као и смањење трошкова током процеса наношења премаза су важни аспекти које треба проучити у технологији премаза. Уобичајени проблеми у процесу премазивања укључују дебелу главу и танак реп, дебеле ивице са обе стране, тачке попут тамних мрља, грубу површину и изложену фолију. Дебљина главе и репа може се подесити временом отварања и затварања вентила за облагање или интермитентног вентила. Проблем дебелих ивица се може побољшати са аспекта својства суспензије, подешавања зазора премаза, брзине протока суспензије итд. Површинска храпавост, неравнине и пруге се могу побољшати стабилизацијом материјала фолије, смањењем брзине и подешавањем угла. ваздушног ножа.
Подлога - каша
Однос између основних физичких својстава суспензије и премаза: У стварном процесу, вискозност суспензије има одређени утицај на ефекат премаза. Вискозитет припремљене суспензије варира у зависности од сировина за електроде, односа суспензије и врсте одабраног везива. Када је вискозитет суспензије превисок, премазивање се често не може вршити континуирано и стабилно, а такође утиче на ефекат премаза.
Уједначеност, стабилност, ивични и површински ефекти течности за облагање директно су одређени реолошким својствима течности за облагање, чиме се директно одређује квалитет премаза. Теоријска анализа, експерименталне технике наношења премаза, технике коначних елемената динамике флуида и друге истраживачке методе могу се користити за проучавање прозора премаза, који се односи на опсег рада процеса којим се може постићи стабилан премаз и добити уједначен премаз.
Подлога - бакарна и алуминијумска фолија
Површински напон: Површински напон бакарне алуминијумске фолије мора бити већи од напона премазаног раствора, иначе ће раствор бити тешко да се глатко шири на подлогу, што ће резултирати лошим квалитетом премаза. Један принцип који треба следити је да површински напон раствора који се облаже треба да буде 5 дина/цм нижи од напона подлоге, иако је то само грубо. Површински напон раствора и супстрата може се подесити подешавањем формуле или површинске обраде супстрата. Мерење површинског напона за оба такође треба да буде укључено као ставка за испитивање контроле квалитета.
Уједначена дебљина: У процесима сличним премазивању стругачем, неједнака дебљина на подлози може довести до неуједначене дебљине премаза. Пошто се у процесу наношења премаза, дебљина премаза контролише размаком између стругача и подлоге. Ако постоји мања дебљина подлоге у попречном правцу, више раствора ће проћи кроз ту област и дебљина премаза ће бити дебља, и обрнуто. Ако се флуктуација дебљине подлоге посматра са мерача дебљине, коначна флуктуација дебљине филма ће такође показати исто одступање. Поред тога, бочно одступање дебљине такође може довести до кварова у намотају. Дакле, да би се избегли такви недостаци, важно је контролисати дебљину сировина
Статички електрицитет: На линији за премазивање, много статичког електрицитета се ствара на површини подлоге током одмотавања и проласка кроз ваљак. Генерисани статички електрицитет може лако да адсорбује слојеве ваздуха и пепела на ваљку, узрокујући дефекте премаза. Током процеса пражњења, статички електрицитет такође може изазвати електростатичке дефекте изгледа на површини премаза, а што је још озбиљније, може чак изазвати и пожар. Ако је зими ниска влажност, проблем статичког електрицитета на линији премаза ће бити израженији и озбиљнији. Најефикаснији начин да се смање такви недостаци је одржавање влажности околине што је могуће више, уземљење линије премаза и уградња неких антистатичких уређаја.
Чистоћа: Нечистоће на површини подлоге могу узроковати физичке недостатке као што су неравнине, прљавштина итд. Дакле, у процесу производње подлоге потребно је добро контролисати чистоћу сировина. Ваљци за чишћење филмова на мрежи су релативно ефикасан метод за уклањање нечистоћа са подлоге. Иако се не могу уклонити све нечистоће на мембрани, то може ефикасно побољшати квалитет сировина и смањити губитке.
4. Мапа дефекта електрода литијумске батерије
【1】 Дефекти мехурића у премазу негативне електроде литијум-јонских батерија
【2】 Пинхоле
【3】 Огреботине
【4】 Дебела ивица
【5】 Агрегиране честице на површини негативне електроде
【6】 Агрегиране честице на површини позитивне електроде
【7】 Поларна пукотина у систему воде
【8】 Површинско скупљање поларизатора
【9】 Огреботине на површини поларизатора
【10】 Нанесите вертикалне пруге
【11】 Котрљајуће пукотине у делимично осушеном делу поларизатора
【12】 Боре на ивици поларизационог ваљка
【13】 Превлака за сечење негативне електроде и одвајање фолије
【14】 Неравнине за резање поларних кришки
【15】 Поларна кришка резног таласа
5. Уједначеност премаза
Такозвана униформност премаза се односи на конзистентност дебљине премаза или дистрибуције лепка унутар површине премаза. Што је боља конзистенција дебљине премаза или количине лепка, то је боља уједначеност премаза и обрнуто. Не постоји јединствени мерни индекс за униформност премаза, који се може мерити одступањем или процентуалним одступањем дебљине премаза или количине лепка у свакој тачки у одређеној области у односу на просечну дебљину премаза или количину лепка у тој области, или помоћу разлика између максималне и минималне дебљине премаза или количине лепка у одређеној области. Дебљина премаза се обично изражава у µм.
Уједначеност премаза се користи за процену укупног стања премаза на површини. Али у стварној производњи, обично нам је више стало до уједначености у хоризонталном и вертикалном правцу подлоге. Такозвана бочна униформност се односи на уједначеност у правцу ширине премаза (или бочном правцу машине). Такозвана уздужна униформност се односи на уједначеност у правцу дужине премаза (или смеру кретања подлоге).
Постоје значајне разлике у величини, факторима утицаја и методама контроле хоризонталних и вертикалних грешака у примени лепка. Генерално, што је већа ширина подлоге (или премаза), теже је контролисати бочну униформност. На основу година практичног искуства у премазивању, када је ширина подлоге испод 800 мм, бочна униформност се обично лако гарантује; Када је ширина подлоге између 1300-1800мм, бочна униформност се често може добро контролисати, али је тешко и захтева значајан ниво стручног знања; Када је ширина подлоге изнад 2000 мм, веома је тешко контролисати бочну униформност, а само неколико произвођача то може добро да поднесе. Како се производна серија (тј. дужина премаза) повећава, уздужна униформност може постати већи изазов или потешкоћа од попречне униформности.