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锂离子电池极片涂布工艺全景扫描
2018年03月02日

 锂离子电池极片涂布工艺全景扫描

    锂离子电池的消费制造,是由一个个工艺步调紧密联结起来的进程。全体来说,锂电池的消费包罗极片制造工艺、电池组装工艺以及最初的注液、预充、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中,每道工序又可分为数道要害工艺,每一步都市对电池最初的功能构成很大的影响。

    在极片制造工艺阶段,可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片枯燥五道工艺。在电池组装工艺,又依据电池规格型号的差别,大抵分为卷绕、入壳、焊接等工艺。在最初的注液阶段又包罗注液、排气、封口、预充、化成、老化等各个工艺。

    电池制造进程中每道工序都市形成肯定的糜费,糜费的缘由有员工失误、设置装备摆设失误、情况缘由等等,为了包管产物的本钱率充足好,就只管即便包管每一步产物都是及格的。

一、涂布的意义

    浆料涂覆是继制备浆料完成后的下一道工序,此工序次要目标是将波动性好、粘度好、活动性好的浆料平均地涂覆在正负极集流体上。极片涂布对锂电池具有紧张的意义,次要表现在以下几点:

    1.对制品电池容量具有紧张意义。在涂布进程中,若极片前、中、后三段地位正负极浆料涂层厚度纷歧致,则容易惹起电池容量过低、过高,更易在电池循环进程中构成析锂,影响电池寿命。

    2.对电池的平安性有紧张意义。涂布之前要做好5S任务,确保涂布进程中没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片中,假如混入杂物会惹起电池外部微短路,严峻时招致电池动怒爆炸。

    3.对电池功能分歧性具有紧张意义。电池厂比拟隐讳的是一批电池中,容量差别、循环寿命差别较大,以是在极片涂布进程中要包管极片前后参数分歧。

    4.对电池寿命有紧张意义。浆料涂覆前后差别大、极片混入粉尘、极片左右厚度不平均等等,都干系到电池电化学功能的优劣。

    以是,该工艺对浆料涂覆的要求是:在浆料充足好的状况下,极片活物质前、中、前面密度坚持分歧,涂布进程中无杂质混入。固然了极片优劣的界定不只仅因此涂布的结果来决议的,假如极片呈现失粉严峻、不耐弯折、极片中有白色气泡等景象,这便是浆料的题目了,需求重新回到第一步停止处理。

二、涂布的方法

    涂布设置装备摆设次要由收放卷单位、供料单位、张力控制条理、涂布机头、烘箱等局部构成。涂布可以分为转移式涂布和挤出式涂布两种,两者各有优缺陷。

    转移式涂布:涂辊转动动员浆料,经过调解刮刀间隙来调理浆料转移量,并应用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上,按工艺要求,控制涂布层的厚度以到达分量要求,同时,经过枯燥加热撤除平铺于基材上的浆猜中的溶剂,使固体物质很好地粘结于基材上。如图1所示。

    其长处是对浆料粘度要求不高,容易调理涂布参数,无堵料等,缺乏之处在关于动力电池来说涂布精度较差,无法包管极片的分歧性。浆料在辊间表露于氛围中,对浆料的性子有局部影响。

    挤出式涂布:上料条理将涂料保送给螺杆泵,再将浆料动力保送至挤出头中,经过挤出方式将浆料制成液膜后涂布至挪动的集流体上,颠末枯燥后构成质地均一的涂层,如图2所示。其长处是涂膜后极片十分平均且精度高,涂层边沿平整度高,密闭操纵条理,不受异物影响,合适量产。其缺乏之处在于设置装备摆设精度要求高,维护颐养要求高,浆料粘度范畴要求高,变更规格时需求改换新的垫片。

三、涂布中留意的问

    涂布进程中增加涂布缺陷,进步涂布质量和良品率,低落本钱是涂布工艺需求研讨的紧张内容。涂布进程中发生的糜费次要是初始调机(跟工艺员操纵程度有关)、涂布中缀箔、混入异物等,每次停机都将会发生肯定间隔的糜费。

    在涂布中经常呈现的题目是:质料净化、涂布工艺不波动、操纵不标准、枯燥顺序设置错误等,这些题目经常会形成极片呈现以下题目:

    1.点状缺陷

    次要来自于浆料内气泡和混入的异物。气泡可以来自搅拌中脱泡未完全、供料任务进程中或许涂布进程中。异物次要来自于操纵时的失误或情况题目。

    涂布进程中,浆料外部气泡喷涂在极片上,颠末烘箱烘干时,气泡决裂,在极片上构成白色圆斑。此处活物质涂层较薄,在电池充放电进程中也最易形成微短路。极片中有异物存在时,颗粒四周涂膜处是低外表张力地区,液膜向四周呈发射状迁徙,构成点状缺陷。避免呈现此类缺陷的手腕次要有:控制操纵情况、优化浆料搅拌、控制涂布速率、包管基本领净。

    2.厚边缺陷

    极片在辊压进程中,厚边接受更大的压力,不只形成极片在横向密度上差别,也会形成厚边处活物质颗粒被碾碎。存在厚边缺陷的极片颠末压抑后,会呈现较严峻的翘曲景象,对后续的分切、卷绕进程中也会有很大的影响。厚边处活物质颗粒被碾碎后,在充放电进程中锂离子和电子的传输途径变远,则会招致电池内阻增大极化加深,会影响电池的运用寿命和平安。

    同时,由于极片边部较厚在卷芯外部组成应力会合点,此处极易发作析锂和微短路,对电池功能也是极为倒霉的。发生厚边的缘由是浆料外表张力的驱策,使浆料向极片边沿无涂覆处迁徙,烘干后构成厚边。

    有研讨发明,涂布速率对边沿宽度和高度无明显影响,边沿梯度随着涂布速率添加而增大,减小间隙比( 涂布间隙/膜层厚度),可以低落边沿效应。相干间隙涂布研讨后果标明,经过调解涂布间隙、压力预调解也可以低落厚边。应用添加界面活性剂低落浆料外表张力的办法也可肯定水平上增加厚边的发作。

四、将来涂布工艺的开展趋向

    挤压式涂布由于具有高精度、涂布平均、合适较大宽度涂布等长处被普遍使用于动力电池范畴,而其也逐步代替实用于中试线的转移式涂布机。将来涂布工艺将向着高设置装备摆设功能、高稼动率、在线测厚控制精度、进步枯燥服从等偏向开展。

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