1. Pengaruh proses pelapisan terhadap kinerja baterai litium
Pelapisan polar umumnya mengacu pada proses pelapisan seragam bubur yang diaduk ke pengumpul arus dan mengeringkan pelarut organik dalam bubur. Efek pelapisan memiliki dampak signifikan terhadap kapasitas baterai, resistansi internal, siklus hidup, dan keamanan, sehingga memastikan pelapisan lembaran elektroda yang seragam. Pemilihan metode pelapisan dan parameter kontrol memiliki dampak signifikan terhadap kinerja baterai lithium-ion, terutama diwujudkan dalam:
1) Kontrol suhu pengeringan lapisan: Jika suhu pengeringan selama pelapisan terlalu rendah, hal ini tidak dapat menjamin pengeringan elektroda secara menyeluruh. Jika suhu terlalu tinggi dapat menyebabkan retak, terkelupas, dan fenomena lain pada lapisan permukaan elektroda akibat cepatnya penguapan pelarut organik di dalam elektroda;
2) Kepadatan permukaan lapisan: Jika kepadatan permukaan lapisan terlalu rendah, kapasitas baterai mungkin tidak mencapai kapasitas nominal. Jika kepadatan permukaan pelapis terlalu tinggi, bahan akan mudah terbuang. Dalam kasus yang parah, jika terdapat kelebihan kapasitas elektroda positif, dendrit litium dapat terbentuk karena pengendapan litium dan menembus pemisah baterai, menyebabkan korsleting dan menimbulkan bahaya keselamatan;
3) Ukuran lapisan: Jika ukuran lapisan terlalu kecil atau terlalu besar, hal ini dapat menyebabkan elektroda positif di dalam baterai tidak tertutup seluruhnya oleh elektroda negatif. Selama proses pengisian, ion litium tertanam dari elektroda positif dan berpindah ke elektrolit yang tidak seluruhnya tertutup oleh elektroda negatif. Kapasitas sebenarnya dari elektroda positif tidak dapat dimanfaatkan secara efisien, dan dalam kasus yang parah, dendrit litium dapat terbentuk di dalam baterai, yang dapat dengan mudah melubangi pemisah dan menyebabkan kerusakan pada sirkuit internal baterai;
4) Ketebalan lapisan: Jika ketebalan lapisan terlalu tipis atau terlalu tebal, hal ini akan mempengaruhi proses penggulungan elektroda selanjutnya dan tidak dapat menjamin konsistensi kinerja elektroda baterai.
Selain itu, pelapisan elektroda sangat penting bagi keamanan baterai. Sebelum pelapisan, pekerjaan 5S harus dilakukan untuk memastikan tidak ada partikel, serpihan, debu, dll. yang tercampur ke dalam elektroda selama proses pelapisan. Jika kotoran tercampur, hal ini dapat menyebabkan korsleting mikro di dalam baterai, dan dalam kasus yang parah, dapat menyebabkan kebakaran dan ledakan baterai.
2. Pemilihan Peralatan Pelapisan dan Proses Pelapisan
Proses pelapisan umum meliputi: pelepasan → penyambungan → penarikan → kontrol tegangan → pelapisan → pengeringan → koreksi → kontrol tegangan → koreksi → penggulungan dan proses lainnya. Proses pelapisan itu rumit, dan banyak juga faktor yang mempengaruhi efek pelapisan, seperti keakuratan pembuatan peralatan pelapis, kelancaran pengoperasian peralatan, pengendalian tegangan dinamis selama proses pelapisan, ukuran udara. aliran selama proses pengeringan, dan kurva kontrol suhu. Oleh karena itu, memilih proses pelapisan yang tepat sangatlah penting.
Secara umum, ketika memilih metode pelapisan, beberapa faktor perlu dipertimbangkan, termasuk jumlah lapisan yang akan dilapisi, ketebalan lapisan basah, sifat reologi cairan pelapis, keakuratan pelapisan yang diperlukan, penyangga atau substrat pelapis, dan kecepatan pelapisan.
Selain faktor-faktor di atas, situasi spesifik dan karakteristik lapisan elektroda juga perlu dipertimbangkan. Karakteristik lapisan elektroda baterai lithium-ion adalah: ① lapisan satu sisi dua sisi; ② Lapisan basah bubur relatif tebal (100-300 μ m); ③ Bubur adalah cairan dengan viskositas tinggi non-Newtonian; ④ Persyaratan presisi untuk pelapisan film polar tinggi, mirip dengan pelapisan film; ⑤ Penyangga pelapis terdiri dari aluminium foil dan foil tembaga dengan ketebalan 10-20 μ m; ⑥ Dibandingkan dengan kecepatan pelapisan film, kecepatan pelapisan polarizer tidak tinggi. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor di atas, umumnya peralatan laboratorium menggunakan jenis scraper, baterai lithium-ion konsumen sebagian besar menggunakan jenis transfer pelapisan gulungan, dan baterai daya sebagian besar menggunakan metode ekstrusi celah.
Lapisan pengikis: Substrat foil melewati roller pelapis dan langsung bersentuhan dengan tangki bubur. Bubur berlebih diaplikasikan pada substrat foil. Ketika media melewati antara roller pelapis dan pengikis, celah antara pengikis dan media menentukan ketebalan lapisan. Pada saat yang sama, kelebihan bubur dikikis dan direfluks, membentuk lapisan seragam pada permukaan substrat. Jenis pengikis utama adalah pengikis koma. Pengikis koma adalah salah satu komponen kunci dalam kepala pelapis. Umumnya dikerjakan sepanjang generatrix pada permukaan roller melingkar untuk membentuk tepi seperti koma. Pengikis ini memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, serta mudah untuk mengontrol jumlah dan akurasi lapisan. Sangat cocok untuk kandungan padatan tinggi dan bubur dengan viskositas tinggi.
Jenis transfer pelapis rol: Rol pelapis berputar untuk menggerakkan bubur, dan jumlah transfer bubur disesuaikan melalui celah antara pengikis koma. Bubur dipindahkan ke substrat melalui putaran roller belakang dan roller pelapis. Prosesnya ditunjukkan pada Gambar 2. Lapisan transfer pelapisan rol melibatkan dua proses dasar: (1) putaran rol pelapis menggerakkan bubur untuk melewati celah antara rol pengukur, membentuk lapisan bubur dengan ketebalan tertentu; (2) Lapisan bubur dengan ketebalan tertentu dipindahkan ke bahan foil dengan memutar roller pelapis dan roller belakang berlawanan arah untuk membentuk pelapis.
Lapisan ekstrusi celah: Sebagai teknologi pelapisan basah yang presisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, prinsip kerjanya adalah cairan pelapis diekstrusi dan disemprotkan di sepanjang celah cetakan pelapis pada tekanan dan laju aliran tertentu, dan dipindahkan ke substrat. Dibandingkan dengan metode pelapisan lainnya, metode ini memiliki banyak keunggulan, seperti kecepatan pelapisan yang cepat, akurasi tinggi, dan ketebalan basah yang seragam; Sistem pelapisan bersifat tertutup sehingga dapat mencegah masuknya polutan selama proses pelapisan. Tingkat pemanfaatan slurry tinggi, dan sifat slurry dapat dijaga kestabilannya. Beberapa lapisan pelapisan dapat dilakukan secara bersamaan. Dan dapat beradaptasi dengan berbagai viskositas dan rentang kandungan padat bubur, dan memiliki kemampuan beradaptasi yang lebih kuat dibandingkan dengan proses pelapisan transfer.
3. Cacat lapisan dan faktor yang mempengaruhinya
Mengurangi cacat pelapisan, meningkatkan kualitas dan hasil pelapisan, serta mengurangi biaya selama proses pelapisan merupakan aspek penting yang perlu dikaji dalam teknologi pelapisan. Masalah umum dalam proses pelapisan meliputi kepala tebal dan ekor tipis, tepi tebal di kedua sisi, bintik hitam seperti titik, permukaan kasar, dan foil terbuka. Ketebalan kepala dan ekor dapat diatur dengan waktu buka dan tutup katup pelapis atau katup intermiten. Masalah tepi tebal dapat diperbaiki dari aspek sifat bubur, penyesuaian celah lapisan, laju aliran bubur, dll. Kekasaran permukaan, ketidakrataan, dan garis dapat diperbaiki dengan menstabilkan bahan foil, mengurangi kecepatan, dan menyesuaikan sudut. dari pisau udara.
Substrat - Bubur
Hubungan antara sifat fisik dasar bubur dan pelapisan: Dalam proses sebenarnya, viskositas bubur mempunyai pengaruh tertentu pada efek pelapisan. Viskositas bubur yang dibuat bervariasi tergantung pada bahan baku elektroda, rasio bubur, dan jenis pengikat yang dipilih. Ketika viskositas bubur terlalu tinggi, pelapisan seringkali tidak dapat dilakukan secara terus menerus dan stabil, sehingga efek pelapisan juga terpengaruh.
Keseragaman, stabilitas, efek tepi dan permukaan cairan pelapis secara langsung ditentukan oleh sifat reologi cairan pelapis, sehingga secara langsung menentukan kualitas lapisan. Analisis teoritis, teknik eksperimen pelapisan, teknik elemen hingga dinamika fluida, dan metode penelitian lainnya dapat digunakan untuk mempelajari jendela pelapisan, yang mengacu pada rentang operasi proses yang dapat mencapai pelapisan stabil dan memperoleh pelapisan seragam.
Substrat - Tembaga dan Aluminium Foil
Tegangan permukaan: Tegangan permukaan aluminium foil tembaga harus lebih tinggi daripada tegangan permukaan larutan yang dilapisi, jika tidak maka larutan akan sulit menyebar dengan lancar pada substrat, sehingga menghasilkan kualitas lapisan yang buruk. Salah satu prinsip yang harus diikuti adalah tegangan permukaan larutan yang akan dilapisi harus 5 dyne/cm lebih rendah dibandingkan tegangan permukaan substrat, meskipun tegangan permukaannya hanya kasar. Tegangan permukaan larutan dan substrat dapat diatur dengan mengatur formula atau perlakuan permukaan substrat. Pengukuran tegangan permukaan untuk keduanya juga harus dimasukkan sebagai item pengujian kendali mutu.
Ketebalan seragam: Dalam proses yang mirip dengan pelapisan scraper, ketebalan yang tidak merata di seluruh substrat dapat menyebabkan ketebalan lapisan tidak merata. Karena pada proses pelapisan, ketebalan lapisan dikendalikan oleh celah antara scraper dan substrat. Jika ketebalan substrat lebih rendah pada arah melintang, lebih banyak larutan yang melewati area tersebut dan ketebalan lapisan akan lebih tebal, dan sebaliknya. Jika fluktuasi ketebalan substrat diamati dari alat pengukur ketebalan, maka fluktuasi ketebalan film akhir juga akan menunjukkan penyimpangan yang sama. Selain itu, penyimpangan ketebalan lateral juga dapat menyebabkan cacat pada belitan. Maka untuk menghindari cacat tersebut, penting untuk mengontrol ketebalan bahan bakunya
Listrik statis: Pada garis pelapisan, banyak listrik statis dihasilkan pada permukaan substrat selama pelepasan dan melewati roller. Listrik statis yang dihasilkan dapat dengan mudah menyerap lapisan udara dan abu pada roller sehingga menyebabkan cacat lapisan. Selama proses pelepasan, listrik statis juga dapat menyebabkan cacat tampilan elektrostatik pada permukaan lapisan, dan yang lebih serius bahkan dapat menyebabkan kebakaran. Jika kelembapan rendah di musim dingin, masalah listrik statis pada garis pelapisan akan lebih menonjol dan parah. Cara paling efektif untuk mengurangi cacat tersebut adalah dengan menjaga kelembapan lingkungan setinggi mungkin, mengardekan garis pelapis, dan memasang beberapa perangkat antistatis.
Kebersihan: Kotoran pada permukaan substrat dapat menimbulkan cacat fisik seperti benturan, kotoran, dll. Oleh karena itu dalam proses produksi substrat perlu dilakukan pengendalian kebersihan bahan baku dengan baik. Rol pembersih film online adalah metode yang relatif efektif untuk menghilangkan kotoran media. Meskipun tidak semua kotoran pada membran dapat dihilangkan, namun secara efektif dapat meningkatkan kualitas bahan baku dan mengurangi kerugian.
4. Peta cacat elektroda baterai litium
【1】 Cacat gelembung pada lapisan elektroda negatif baterai lithium-ion
【2】 Lubang Jarum
【3】 Goresan
【4】 Tepi tebal
【5】 Partikel teragregasi pada permukaan elektroda negatif
【6】 Partikel teragregasi pada permukaan elektroda positif
【7】 Retak kutub sistem air
【8】 Penyusutan permukaan polarizer
【9】 Goresan pada permukaan polarizer
【10】 Terapkan garis vertikal
【11】 Retakan bergulir di area polarizer yang sebagian kering
【12】 Kerutan di tepi roller polarizer
【13】 Lapisan penggorok elektroda negatif dan pelepasan foil
【14】 Gerinda pemotongan irisan kutub
【15】 Irisan kutub memotong tepi gelombang
5. Keseragaman lapisan
Keseragaman lapisan disebut mengacu pada konsistensi ketebalan lapisan atau distribusi perekat dalam area lapisan. Semakin baik konsistensi ketebalan lapisan atau jumlah perekat maka semakin baik pula keseragaman lapisannya, begitu pula sebaliknya. Tidak ada indeks pengukuran terpadu untuk keseragaman lapisan, yang dapat diukur dengan deviasi atau persentase deviasi ketebalan lapisan atau jumlah perekat pada setiap titik di area tertentu relatif terhadap rata-rata ketebalan lapisan atau jumlah perekat di area tersebut, atau dengan perbedaan antara ketebalan lapisan maksimum dan minimum atau jumlah perekat pada suatu area tertentu. Ketebalan lapisan biasanya dinyatakan dalam µm.
Keseragaman pelapisan digunakan untuk mengevaluasi kondisi pelapisan keseluruhan suatu area. Namun dalam produksi sebenarnya, kami biasanya lebih memperhatikan keseragaman arah horizontal dan vertikal media. Yang disebut keseragaman lateral mengacu pada keseragaman arah lebar lapisan (atau arah lateral mesin). Yang disebut keseragaman memanjang mengacu pada keseragaman arah panjang lapisan (atau arah perjalanan substrat).
Terdapat perbedaan yang signifikan dalam besaran, faktor yang mempengaruhi, dan metode pengendalian kesalahan pengaplikasian lem horizontal dan vertikal. Secara umum, semakin besar lebar substrat (atau lapisan), semakin sulit mengontrol keseragaman lateral. Berdasarkan pengalaman praktis selama bertahun-tahun dalam pelapisan, bila lebar media di bawah 800 mm, keseragaman lateral biasanya mudah dijamin; Bila lebar media antara 1300-1800mm, keseragaman lateral seringkali dapat dikontrol dengan baik, namun hal ini sulit dan memerlukan tingkat keahlian profesional yang tinggi; Jika lebar media di atas 2000 mm, sangat sulit mengontrol keseragaman lateral, dan hanya sedikit produsen yang dapat menanganinya dengan baik. Ketika batch produksi (yaitu panjang pelapisan) bertambah, keseragaman memanjang mungkin menjadi tantangan atau kesulitan yang lebih besar daripada keseragaman melintang.