I difetti nel rivestimento delle batterie agli ioni di litio- hanno origine da tre parti principali: l'impasto liquido del rivestimento, la finestra di rivestimento e il processo di asciugatura del rivestimento.
Nel processo di preparazione dell'impasto liquido, la dispersione incompleta introduce particelle agglomerate; una filtrazione insufficiente per la rimozione del ferro introduce detriti metallici; e la deaerazione sotto vuoto incompleta lascia numerose bolle. I difetti del rivestimento corrispondenti includono agglomerati, contaminazione da particelle metalliche, fori di spillo, buccia d'arancia, ecc.
I parametri del processo di rivestimento (portata volumetrica dell'impasto liquido, velocità del rivestimento, distanza tra le fessure, ecc.) che superano la finestra di rivestimento possono causare intrappolamento di aria, cedimenti, strisce orizzontali periodiche e strisce verticali. Inoltre, anche le vibrazioni periodiche provenienti dalle pompe di alimentazione, dai rulli di rivestimento, ecc. possono produrre strisce orizzontali periodiche.
Durante il processo di essiccazione del rivestimento, temperature di essiccazione eccessivamente elevate possono causare difetti come migrazione del legante, bordi spessi e screpolature.
Per formare un rivestimento stabile e uniforme, durante il processo di rivestimento devono essere soddisfatte contemporaneamente le seguenti condizioni:
① Proprietà stabili del liquame, nessuna sedimentazione, nessun cambiamento nella viscosità, contenuto solido, ecc.
② Alimentazione stabile del liquame, che forma uno stato di flusso uniforme e stabile all'interno dello stampo.
③ Il processo di rivestimento avviene all'interno della finestra di rivestimento, formando un campo di flusso stabile tra la matrice e il rullo di rivestimento.
④ Movimento stabile della lamina, nessuno slittamento del nastro, forti vibrazioni o grinze.
Esistono numerosi tipi di difetti del film di rivestimento con cause diverse. Questo articolo si concentra sul rivestimento degli slot-die per le batterie agli ioni di litio-, analizzando diversi difetti comuni e fornendo le soluzioni corrispondenti. I difetti comuni includono difetti puntuali, effetti di bordo e difetti frastagliati.
I. Difetti dei punti
1. Fori di spillo
Definizione:Difetto in cui l'aria che fuoriesce dai pori del materiale forma dei fori durante il processo di asciugatura del rivestimento. Le bolle nella pellicola bagnata migrano dallo strato interno alla superficie della pellicola e si rompono, formando difetti stenopeici. Le bolle provengono principalmente dall'agitazione, dal trasporto del liquido di rivestimento e dal processo di rivestimento.
Misure di miglioramento:Applicare il vuoto, selezionare CMC con buona disperdibilità e prestazioni stabili, regolare il contenuto solido, il rapporto CMC e SBR, ecc., regolare la velocità e il tempo di agitazione.
2. Cratere (foro di restringimento)
Definizione:Un difetto causato da punti di bassa tensione superficiale sulla superficie del substrato.
Causato da varie particelle (polvere, macchie d'olio, particelle metalliche, ecc.). La presenza di particelle estranee crea aree a bassa tensione superficiale nel film umido sulla superficie delle particelle. La pellicola liquida migra radialmente attorno alle particelle, formando difetti puntiformi simili a crateri-, come mostrato di seguito.
Misure di miglioramento:Filtrare il liquido di rivestimento per rimuovere il ferro, controllare la polvere ambientale, pulire la superficie del substrato.
3. Bolle di rivestimento anodico
Sporgenza di particelle di agglomerato:Se l'impasto non viene agitato uniformemente e l'agente conduttivo non viene disperso formando agglomerati, si verifica questo tipo di difetto. Come mostrato di seguito, sulla superficie dell'elettrodo appaiono ampie aree di sporgenze. L'osservazione di queste aree sotto ingrandimento rivela che si tratta di agglomerati dell'agente conduttivo.
Misure di miglioramento:Migliorare il processo di agitazione dei liquami per eliminarli.
4. Buccia d'arancia
Definizione:Un difetto dell'aspetto superficiale in cui il rivestimento ricorda la consistenza di una buccia d'arancia.
Cause:Durante il rivestimento, a causa dell'evaporazione del solvente, si creano differenze di temperatura in diverse aree, creando una differenza di concentrazione tra gli strati superiore e inferiore dell'impasto liquido. Ciò forma un gradiente di tensione superficiale e un fenomeno di convezione naturale, che provoca la migrazione della soluzione di rivestimento, con conseguente superficie del rivestimento irregolare e difetti a buccia d'arancia. Velocità di essiccazione in forno eccessivamente elevate o un'elevata velocità dell'aria calda possono far solidificare prematuramente la soluzione prima di livellarsi, formando anche difetti a buccia d'arancia.
Misure di miglioramento:
Ridurre la velocità di asciugatura, lasciando alla soluzione il tempo sufficiente per livellarsi.
Aggiungi solventi, tensioattivi, ecc. a bassa-volatilità alla soluzione per ridurre le differenze di temperatura e concentrazione.
II. Difetti di linea
1. Graffi
Definizione:La superficie del rivestimento viene graffiata in scanalature lineari di varia lunghezza e lati irregolari a causa del contatto con oggetti appuntiti, come mostrato di seguito.
Possibili cause:Agglomerati di particelle di grandi dimensioni, corpi estranei o particelle di grandi dimensioni bloccate nella fessura della fessura o nello spazio del rivestimento; scarsa qualità del substrato che fa sì che oggetti estranei blocchino lo spazio di rivestimento tra il rullo di rivestimento e il rullo di supporto; danni al labbro della matrice. Inoltre, durante il funzionamento dell'apparecchiatura, una tensione non uniforme o un volume d'aria del forno inappropriato possono causare il raschiamento dell'elettrodo durante il viaggio, causando anche difetti nella linea di graffiatura.
Misure di miglioramento:Rimuovere le particelle dal labbro o dalla fessura del rivestimento, sostituire i filtri, ispezionare il labbro della filiera. Per problemi causati dal raschiamento, fermare la linea per risolvere il problema, trovare la posizione del raschiamento, rimuovere l'ostacolo o regolare adeguatamente il volume dell'aria del forno per risolvere il difetto della linea di graffio garantendo al tempo stesso l'asciugatura dell'elettrodo.
Particelle grandi nel liquame:Regolare la CMC, aumentare il tempo di agitazione. L'uso di CMC uniforme con buona dissoluzione, minimo residuo di fibre e gelificazione, buon effetto di idratazione, può disperdere bene le particelle di materiale; aumentare il tempo di agitazione, pulire le particelle morbide residue dai vagli, filtrare il liquame.
2. Strisce verticali
Definizione:Difetti a strisce che compaiono nel rivestimento, paralleli alla direzione di scorrimento del substrato, che si estendono continuamente nella direzione della lunghezza, come mostrato di seguito.
Possibili cause:Di solito si verifica vicino al limite di velocità superiore della finestra di rivestimento, più evidente con rivestimenti sottili. Distribuzione non uniforme dell'impasto sulla superficie della lamina.
Misure di miglioramento:Regolare la viscosità dell'impasto liquido (un eccessivo disperdente aggiunto per una dispersione uniforme può rendere la viscosità troppo elevata; il comportamento del fluido non-newtoniano causa uno scarso livellamento dopo che l'impasto liquido viene trasferito dal dispositivo di rivestimento alla superficie della lamina, non riuscendo a distribuirsi uniformemente); ridurre la velocità del rivestimento (riducendo la velocità si permette all'impasto di perdere "elasticità" e livellarsi prontamente); ridurre lo spazio di rivestimento tra il rullo di rivestimento e il rullo di supporto; utilizzare disperdenti ben-disperdenti con dosaggio appropriato.
3. Strisce orizzontali
Definizione:Difetti a strisce che compaiono nel rivestimento, perpendicolari alla direzione di scorrimento del substrato, che attraversano la larghezza del nastro.
Possibili cause:Vibrazioni meccaniche; fluttuazione della velocità del nastro; fluttuazioni periodiche nel flusso di fornitura di liquame.
Misure di miglioramento:Confermare se la frequenza del disturbo meccanico corrisponde alla frequenza di comparsa delle strisce orizzontali.
4. Bordo ondulato
Definizione:Difetto caratterizzato dalla comparsa di strisce ondulate sul bordo del rivestimento.
Due motivi principali causano difetti sui bordi ondulati: uno è legato al foglio, ad esempio una ruvidità inaccettabile della superficie del foglio, l'ossidazione del foglio, la contaminazione secondaria durante il trasporto o lo svolgimento possono tutti causare problemi ai bordi ondulati. Per tali problemi, sostituire con una nuova pellicola per il rivestimento. Un altro motivo è la mancata corrispondenza tra la viscosità dell'impasto liquido e l'estensione dello spessore. Durante il rivestimento, l'agitazione prolungata del serbatoio di alimentazione può causare una diminuzione della viscosità, oppure la scarsa bagnabilità dell'agente conduttivo durante l'agitazione influisce gravemente sulla viscosità dell'impasto liquido. Le modifiche della viscosità (diminuzione) significano che l'attuale estensione dello spessore non è più adatta; sostituire con uno spessore di estensione più grande per risolvere il bordo ondulato causato dalla riduzione della viscosità.
5. Rottura
Definizione:Difetto in cui compaiono crepe intrecciate sulla superficie del rivestimento.
Cause:Asciugatura eccessiva o troppo rapida. A causa del riscaldamento non uniforme delle diverse parti dell'elettrodo durante l'arresto, alcuni bordi si asciugano troppo rapidamente, altri troppo lentamente durante l'asciugatura. Se lo stress interno generato all'interno del rivestimento non viene completamente rilasciato, si romperà.
Misure di miglioramento:Regolare il tempo e la velocità di asciugatura; regolare il contenuto di solidi (un basso contenuto di solidi può causare un'asciugatura troppo rapida ed eccessiva del rivestimento, con conseguenti arricciamenti e screpolature); per motivi di tensione del materiale di rivestimento, controllare le fessurazioni regolando la presa d'aria del forno.
III. Effetti dei bordi
1. Bordo spesso (accumulo del bordo)
Definizione:Un difetto in cui lo spessore del rivestimento su entrambi i bordi della larghezza rivestita è superiore allo spessore medio. Spesso i bordi sono spessi e il centro è sottile, cioè bordo spesso.
Causa:Migrazione di massa guidata dalla tensione superficiale. Come mostrato di seguito, inizialmente, il bordo della pellicola bagnata è più sottile, il solvente evapora più velocemente che al centro, provocando un rapido aumento del contenuto solido sul bordo. La tensione superficiale sul bordo diventa molto maggiore di quella del film umido centrale. La maggiore tensione superficiale sul bordo e l'evaporazione più rapida del solvente spingono il liquido dalla parte interna verso il bordo, formando un bordo spesso dopo l'asciugatura.
Il fenomeno del bordo spesso è un difetto sfavorevole. Le misure per prevenirlo e mitigarlo includono:
① Con una portata del liquame costante, la riduzione delle dimensioni della fessura aumenta la velocità di uscita del liquame sullo stampo, riducendo così il rapporto della forza di resistenza del liquame, riducendo così lo spessore del bordo spesso. Tuttavia, una dimensione della fessura più piccola crea una pressione interna più elevata nello stampo, causando più facilmente il rigonfiamento del labbro dello stampo, portando a un'uniformità dello spessore trasversale del rivestimento non uniforme, che richiede apparecchiature di rivestimento di maggiore precisione.
② La riduzione dello spazio tra il rivestimento può ridurre in modo limitato lo spessore e la larghezza del bordo spesso.
③ Ridurre la tensione superficiale dell'impasto liquido, ad esempio aggiungendo tensioattivi, per inibire il flusso dell'impasto liquido verso il bordo durante l'asciugatura.
④ Ottimizzare la forma di uscita dello spessore della fessura per modificare la direzione della velocità del flusso e l'entità del liquame, ridurre lo stato di sollecitazione del liquame del bordo e indebolire l'effetto di rigonfiamento del bordo del liquame.
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2. Depressione del bordo
Definizione:Simile ai difetti di linea del tipo depressione del bordo.
Causa:Un fattore chiave che causa i difetti delle linee di depressione dei bordi è legato alla pressione del rivestimento. Quando la pressione del rivestimento all'interno della cavità dello stampo è relativamente bassa, si verifica una depressione dei bordi nelle posizioni dei bordi del rivestimento dell'elettrodo.
Misure di miglioramento:Un metodo consiste nell'aggiungere Teflon su entrambi i lati della cavità dello stampo per aumentare la pressione del rivestimento dei bordi, migliorare la quantità di rivestimento dei bordi e risolvere la depressione dei bordi. L'altro è ridurre lo spessore dello spessore, anche per aumentare la pressione del rivestimento della cavità ed evitare la depressione del bordo.
3. Rughe
Definizione:Difetto in cui compaiono delle rughe sul rivestimento durante il processo di asciugatura.
I fattori principali includono: tensione di svolgimento/riavvolgimento, rapporti di bobina, specifiche del foglio di rame (più comuni nei tipi larghi e sottili), diametro dell'albero di riavvolgimento, densità di avvolgimento del film in PET, ecc.
Contromisure di miglioramento:Ottimizza le curve di tensione, modifica i rapporti dei rulli, regola i rulli di regolazione e aumenta la densità di avvolgimento della pellicola PET sui rotoli.
4. Bordo debole/Bordo sfocato
Definizione:La differenza di colore tra il materiale rivestito e il materiale del bordo è piccola e senza confini netti; il rilevamento impreciso del bordo dovuto a un bordo debole può portare a una misurazione della distanza imprecisa, influenzando di conseguenza il collegamento della correzione della deviazione successiva.
Cause:Materiale che oscilla a destra e a sinistra; materiali/liquidi diversi hanno una scala di grigi diversa; interferenze dovute a difetti estetici sul bordo del rivestimento, ecc.
Misure di miglioramento:Ottimizza il sistema di imaging e l'algoritmo di rilevamento dei bordi.
Altri difetti comuni del rivestimento includono: ingresso d'aria, onde trasversali, cedimenti, rivoli, espansione, ristagni, ecc.
La complessità dei difetti del rivestimento
I difetti del rivestimento, dalle loro cause ai metodi di eliminazione e persino ai metodi di controllo, sono piuttosto complessi.
Innanzitutto, i fattori che causano i difetti sono complessi. Ogni operazione unitaria o fase del processo di rivestimento può influire sulla qualità del rivestimento, portando a difetti di qualità nel prodotto finale. Oltre agli effetti diretti dei fattori che causano i difetti-, anche le interazioni tra diversi fattori possono causare difetti.
In secondo luogo, individuare la fonte dei difetti è complesso. I difetti possono comparire nella stessa fase del processo o solo dopo diverse operazioni. A volte nella stazione di verniciatura si trovano strisce di rivestimento, ma difetti misti o di contaminazione diventano visibili solo al termine dell'essiccazione. Anche i difetti del substrato potrebbero non essere rilevati finché il prodotto finale non viene riavvolto o dopo il taglio.
In terzo luogo, il verificarsi dei difetti è casuale. I difetti possono verificarsi in qualsiasi fase del ciclo di sviluppo del prodotto, dalla preparazione del liquame su scala di laboratorio, al rivestimento pilota, alla produzione su scala industriale. Ciascuna fase può presentare difetti diversi e l'eliminazione nella fase iniziale non garantisce una fase successiva-esente da difetti. Più complessamente, difetti estetici simili possono avere molte cause e la causa può differire ogni volta, ad esempio nel caso di bolle, macchie o increspature.
Infine, i difetti possono essere determinati anche dalla progettazione iniziale del dispositivo di rivestimento e dalle prestazioni di ciascuna unità hardware sulla linea di produzione del rivestimento. Un verniciatore potrebbe essere ragionevole per il prodotto per il quale è stato inizialmente personalizzato, ma modifiche al prodotto o variazioni di costo possono rendere il verniciatore incapace di soddisfare i requisiti.
L'analisi di cui sopra evidenzia le complesse sfide legate al rivestimento degli elettrodi delle batterie agli ioni di litio. Il raggiungimento di risultati costanti e di alta-qualità richiede non solo una conoscenza tecnica approfondita, ma anche attrezzature di precisione, materiali stabili e una linea di produzione perfettamente integrata.
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