1. L'influence du processus de revêtement sur les performances des batteries au lithium
Le revêtement polaire fait généralement référence à un processus consistant à recouvrir uniformément une suspension agitée sur un collecteur de courant et à sécher les solvants organiques contenus dans la suspension. L'effet de revêtement a un impact significatif sur la capacité de la batterie, la résistance interne, la durée de vie et la sécurité, garantissant un revêtement uniforme des feuilles d'électrodes. Le choix des méthodes de revêtement et des paramètres de contrôle ont un impact significatif sur les performances des batteries lithium-ion, se manifestant principalement par :
1) Contrôle de la température de séchage du revêtement : Si la température de séchage pendant le revêtement est trop basse, elle ne peut pas garantir un séchage complet de l'électrode. Si la température est trop élevée, cela peut provoquer des fissures, un pelage et d'autres phénomènes sur le revêtement de surface de l'électrode en raison de l'évaporation rapide des solvants organiques à l'intérieur de l'électrode ;
2) Densité de surface du revêtement : Si la densité de surface du revêtement est trop faible, la capacité de la batterie peut ne pas atteindre la capacité nominale. Si la densité de la surface du revêtement est trop élevée, il est facile de provoquer un gaspillage d'ingrédients. Dans les cas graves, s'il y a un excès de capacité de l'électrode positive, des dendrites de lithium peuvent se former en raison de la précipitation du lithium et percer le séparateur de la batterie, provoquant un court-circuit et présentant un risque pour la sécurité ;
3) Taille du revêtement : Si la taille du revêtement est trop petite ou trop grande, l'électrode positive à l'intérieur de la batterie peut ne pas être complètement recouverte par l'électrode négative. Pendant le processus de charge, les ions lithium sont intégrés à l’électrode positive et se déplacent vers l’électrolyte qui n’est pas complètement recouvert par l’électrode négative. La capacité réelle de l'électrode positive ne peut pas être utilisée efficacement et, dans les cas graves, des dendrites de lithium peuvent se former à l'intérieur de la batterie, ce qui peut facilement percer le séparateur et endommager le circuit interne de la batterie ;
4) Épaisseur du revêtement : Si l'épaisseur du revêtement est trop fine ou trop épaisse, cela affectera le processus de laminage ultérieur de l'électrode et ne pourra pas garantir la cohérence des performances des électrodes de la batterie.
De plus, le revêtement des électrodes revêt une grande importance pour la sécurité des batteries. Avant le revêtement, un travail 5S doit être effectué pour garantir qu'aucune particule, débris, poussière, etc. ne soit mélangée à l'électrode pendant le processus de revêtement. Si des débris sont mélangés, cela peut provoquer des micro-courts-circuits à l'intérieur de la batterie et, dans les cas graves, un incendie et une explosion de la batterie.
2. Sélection de l'équipement de revêtement et du processus de revêtement
Le processus général de revêtement comprend : déroulement → épissage → traction → contrôle de tension → revêtement → séchage → correction → contrôle de tension → correction → enroulement et autres processus. Le processus de revêtement est complexe et de nombreux facteurs affectent également l'effet de revêtement, tels que la précision de fabrication de l'équipement de revêtement, la douceur du fonctionnement de l'équipement, le contrôle de la tension dynamique pendant le processus de revêtement, la taille de l'air. débit pendant le processus de séchage et la courbe de contrôle de la température. Il est donc extrêmement important de choisir le procédé de revêtement approprié.
Généralement, lors du choix d'une méthode de revêtement, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment le nombre de couches à recouvrir, l'épaisseur du revêtement humide, les propriétés rhéologiques du liquide de revêtement, la précision de revêtement requise, le support ou substrat de revêtement, et la vitesse de revêtement.
En plus des facteurs ci-dessus, il est également nécessaire de prendre en compte la situation et les caractéristiques spécifiques du revêtement des électrodes. Les caractéristiques du revêtement des électrodes de batterie lithium-ion sont les suivantes : ① revêtement monocouche double face ; ② Le revêtement humide de la boue est relativement épais (100-300 μ m) ; ③ La bouillie est un fluide non newtonien à haute viscosité ; ④ Les exigences de précision pour le revêtement par film polaire sont élevées, similaires à celles du revêtement par film ; ⑤ Le support de revêtement est constitué d'une feuille d'aluminium et d'une feuille de cuivre d'une épaisseur de 10-20 μ m ; ⑥ Par rapport à la vitesse de revêtement du film, la vitesse de revêtement du polariseur n'est pas élevée. Compte tenu des facteurs ci-dessus, les équipements de laboratoire adoptent généralement un type de grattoir, les batteries lithium-ion grand public utilisent principalement un type de transfert de revêtement au rouleau et les batteries de puissance utilisent principalement une méthode d'extrusion par fente.
Revêtement au grattoir : le substrat en feuille passe à travers le rouleau de revêtement et entre directement en contact avec le réservoir à lisier. L'excès de boue est appliqué sur le substrat en feuille. Lorsque le substrat passe entre le rouleau d'enduction et le grattoir, l'espace entre le grattoir et le substrat détermine l'épaisseur du revêtement. Dans le même temps, l'excès de boue est gratté et reflué, formant un revêtement uniforme sur la surface du substrat. Les principaux types de grattoirs sont les grattoirs à virgule. Le grattoir à virgule est l'un des composants clés de la tête de revêtement. Il est généralement usiné le long de la génératrice sur la surface du rouleau circulaire pour former un bord en forme de virgule. Ce grattoir a une résistance et une dureté élevées, et il est facile de contrôler la quantité et la précision du revêtement. Il convient aux boues à haute teneur en solides et à haute viscosité.
Type de transfert de revêtement au rouleau : le rouleau de revêtement tourne pour entraîner la boue, et la quantité de transfert de la boue est ajustée à travers l'espace entre le grattoir à virgule. La suspension est transférée au substrat par la rotation du rouleau arrière et du rouleau de revêtement. Le processus est illustré à la figure 2. Le revêtement par transfert de revêtement au rouleau implique deux processus de base : (1) la rotation du rouleau de revêtement entraîne la suspension à passer à travers l'espace entre les rouleaux de mesure, formant une certaine épaisseur de couche de suspension ; (2) Une certaine épaisseur de couche de suspension est transférée au matériau en feuille en faisant tourner le rouleau de revêtement et le rouleau arrière dans des directions opposées pour former un revêtement.
Revêtement par extrusion fendue : en tant que technologie de revêtement humide précise, comme le montre la figure 3, le principe de fonctionnement est que le liquide de revêtement est extrudé et pulvérisé le long des interstices du moule de revêtement sous une certaine pression et un certain débit, puis transféré au substrat. Par rapport à d’autres méthodes de revêtement, elle présente de nombreux avantages, tels qu’une vitesse de revêtement rapide, une grande précision et une épaisseur humide uniforme ; Le système de revêtement est fermé, ce qui peut empêcher les polluants de pénétrer pendant le processus de revêtement. Le taux d'utilisation de la boue est élevé et les propriétés de la boue peuvent être maintenues stables. Plusieurs couches de revêtement peuvent être réalisées simultanément. Et il peut s'adapter à différentes plages de viscosité et de teneur en solides de la boue, et a une plus grande adaptabilité par rapport au processus de revêtement par transfert.
3. Défauts de revêtement et facteurs d'influence
La réduction des défauts du revêtement, l'amélioration de la qualité et du rendement du revêtement et la réduction des coûts pendant le processus de revêtement sont des aspects importants qui doivent être étudiés dans la technologie du revêtement. Les problèmes courants dans le processus de revêtement comprennent une tête épaisse et une queue fine, des bords épais des deux côtés, des points sombres, une surface rugueuse et une feuille exposée. L'épaisseur de la tête et de la queue peut être ajustée en fonction du temps d'ouverture et de fermeture de la vanne de revêtement ou de la vanne intermittente. Le problème des bords épais peut être amélioré du point de vue des propriétés de la boue, de l'ajustement de l'espace de revêtement, du débit de la boue, etc. La rugosité de la surface, les irrégularités et les rayures peuvent être améliorées en stabilisant le matériau de la feuille, en réduisant la vitesse et en ajustant l'angle. de la lame d'air.
Substrat - Boue
La relation entre les propriétés physiques de base de la boue et du revêtement : Dans le processus réel, la viscosité de la boue a un certain impact sur l'effet de revêtement. La viscosité de la suspension préparée varie en fonction des matières premières de l'électrode, du rapport de la suspension et du type de liant sélectionné. Lorsque la viscosité de la suspension est trop élevée, le revêtement ne peut souvent pas être effectué de manière continue et stable, et l'effet de revêtement est également affecté.
L'uniformité, la stabilité, les effets de bord et de surface du liquide de revêtement sont directement déterminés par les propriétés rhéologiques du liquide de revêtement, déterminant ainsi directement la qualité du revêtement. L'analyse théorique, les techniques expérimentales de revêtement, les techniques d'éléments finis de dynamique des fluides et d'autres méthodes de recherche peuvent être utilisées pour étudier la fenêtre de revêtement, qui fait référence à la plage de fonctionnement du processus permettant d'obtenir un revêtement stable et un revêtement uniforme.
Substrat - Feuille de cuivre et d'aluminium
Tension superficielle : La tension superficielle de la feuille de cuivre et d'aluminium doit être supérieure à celle de la solution enduite, sinon la solution sera difficile à étaler en douceur sur le substrat, ce qui entraînera une mauvaise qualité du revêtement. Un principe à suivre est que la tension superficielle de la solution à revêtir doit être inférieure de 5 dynes/cm à celle du support, bien que celui-ci ne soit que grossier. La tension superficielle de la solution et du substrat peut être ajustée en ajustant la formule ou le traitement de surface du substrat. La mesure de la tension superficielle pour les deux doit également être incluse comme élément de test de contrôle qualité.
Épaisseur uniforme : dans des processus similaires au revêtement au grattoir, une épaisseur inégale sur le substrat peut entraîner une épaisseur de revêtement inégale. Parce que dans le processus de revêtement, l'épaisseur du revêtement est contrôlée par l'espace entre le grattoir et le substrat. Si l'épaisseur du substrat est plus faible dans la direction transversale, davantage de solution traversera cette zone et l'épaisseur du revêtement sera plus épaisse, et vice versa. Si la fluctuation de l'épaisseur du substrat est observée à partir de la jauge d'épaisseur, la fluctuation finale de l'épaisseur du film montrera également le même écart. De plus, une déviation latérale de l’épaisseur peut également conduire à des défauts de bobinage. Ainsi afin d’éviter de tels défauts, il est important de contrôler l’épaisseur des matières premières
Électricité statique : Sur la ligne d'enduction, une grande quantité d'électricité statique est générée à la surface du substrat lors du déroulement et du passage dans le rouleau. L'électricité statique générée peut facilement adsorber les couches d'air et de cendres sur le rouleau, provoquant des défauts de revêtement. Lors du processus de décharge, l’électricité statique peut également provoquer des défauts d’aspect électrostatique sur la surface du revêtement et, plus grave encore, provoquer des incendies. Si l’humidité est faible en hiver, le problème d’électricité statique sur la ligne de revêtement sera plus important et plus grave. Le moyen le plus efficace de réduire ces défauts consiste à maintenir l’humidité ambiante aussi élevée que possible, à mettre la ligne de revêtement à la terre et à installer des dispositifs antistatiques.
Propreté : Les impuretés à la surface du substrat peuvent provoquer des défauts physiques tels que des bosses, de la saleté, etc. Ainsi, dans le processus de production du substrat, il est nécessaire de bien contrôler la propreté des matières premières. Les rouleaux de nettoyage de films en ligne constituent une méthode relativement efficace pour éliminer les impuretés du substrat. Bien que toutes les impuretés présentes sur la membrane ne puissent pas être éliminées, cela peut améliorer efficacement la qualité des matières premières et réduire les pertes.
4. Carte des défauts des électrodes des batteries au lithium
【1】 Défauts de bulles dans le revêtement de l'électrode négative des batteries lithium-ion
【2】 Sténopé
【3】 Rayures
【4】 Bord épais
【5】 Particules agrégées sur la surface de l'électrode négative
【6】 Particules agrégées à la surface de l'électrode positive
【7】 Fissure polaire du système d'eau
【8】 Retrait de surface du polariseur
【9】 Rayures sur la surface du polariseur
【10】 Appliquer des rayures verticales
【11】 Fissures de roulement dans la zone partiellement séchée du polariseur
【12】 Rides sur le bord du rouleau polariseur
【13】 Revêtement de refente d'électrode négative et détachement de feuille
【14】 Fraises coupantes en tranches polaires
【15】 Bord d'onde coupant la tranche polaire
5. Uniformité du revêtement
L'uniformité du revêtement fait référence à la cohérence de l'épaisseur du revêtement ou de la répartition de l'adhésif dans la zone de revêtement. Plus l'épaisseur du revêtement ou la quantité d'adhésif est constante, meilleure est l'uniformité du revêtement, et vice versa. Il n'existe pas d'indice de mesure unifié pour l'uniformité du revêtement, qui peut être mesuré par l'écart ou le pourcentage d'écart de l'épaisseur du revêtement ou de la quantité d'adhésif en chaque point dans une certaine zone par rapport à l'épaisseur moyenne du revêtement ou à la quantité d'adhésif dans cette zone, ou par le différence entre l'épaisseur maximale et minimale du revêtement ou la quantité d'adhésif dans une certaine zone. L'épaisseur du revêtement est généralement exprimée en µm.
L'uniformité du revêtement est utilisée pour évaluer l'état global du revêtement d'une zone. Mais dans la production réelle, nous nous soucions généralement davantage de l’uniformité dans les directions horizontale et verticale du substrat. Ce que l'on appelle l'uniformité latérale fait référence à l'uniformité dans le sens de la largeur du revêtement (ou dans le sens latéral de la machine). Ce que l'on appelle l'uniformité longitudinale fait référence à l'uniformité dans le sens de la longueur du revêtement (ou dans le sens de déplacement du substrat).
Il existe des différences significatives dans l’ampleur, les facteurs d’influence et les méthodes de contrôle des erreurs d’application de colle horizontale et verticale. D'une manière générale, plus la largeur du substrat (ou du revêtement) est grande, plus il est difficile de contrôler l'uniformité latérale. Sur la base d'années d'expérience pratique dans le domaine du revêtement, lorsque la largeur du substrat est inférieure à 800 mm, l'uniformité latérale est généralement facilement garantie ; Lorsque la largeur du substrat est comprise entre 1300-1800 mm, l'uniformité latérale peut souvent être bien contrôlée, mais cela est difficile et nécessite un niveau d'expertise professionnelle considérable ; Lorsque la largeur du substrat est supérieure à 2 000 mm, il est très difficile de contrôler l’uniformité latérale et seuls quelques fabricants peuvent bien la gérer. À mesure que le lot de production (c'est-à-dire la longueur du revêtement) augmente, l'uniformité longitudinale peut devenir un défi ou une difficulté plus grande que l'uniformité transversale.