Los defectos en el recubrimiento de las baterías de iones de litio-se originan en tres partes principales: la suspensión del recubrimiento, la ventana de recubrimiento y el proceso de secado del recubrimiento.
En el proceso de preparación de la suspensión, la dispersión incompleta introduce partículas aglomeradas; la filtración insuficiente para eliminar el hierro introduce residuos metálicos; y una desaireación al vacío incompleta deja numerosas burbujas. Los defectos correspondientes del recubrimiento incluyen aglomerados, contaminación por partículas metálicas, poros, piel de naranja, etc.
Los parámetros del proceso de recubrimiento (caudal volumétrico de la lechada, velocidad de recubrimiento, espacio entre ranuras, etc.) que exceden la ventana de recubrimiento pueden provocar arrastre de aire, hundimientos, rayas horizontales periódicas y rayas verticales. Además, las vibraciones periódicas de las bombas de alimentación, los rodillos de recubrimiento, etc., también pueden producir rayas horizontales periódicas.
Durante el proceso de secado del recubrimiento, las temperaturas de secado excesivamente altas pueden causar defectos como migración del aglutinante, bordes gruesos y grietas.
Para formar un recubrimiento estable y uniforme, se deben cumplir simultáneamente las siguientes condiciones durante el proceso de recubrimiento:
① Propiedades de lodo estables, sin sedimentación, sin cambios en la viscosidad, contenido de sólidos, etc.
② Suministro de alimentación de lodo estable, formando un estado de flujo uniforme y estable dentro del troquel.
③ El proceso de recubrimiento se realiza dentro de la ventana de recubrimiento, formando un campo de flujo estable entre la matriz y el rodillo de recubrimiento.
④ Movimiento estable de la lámina, sin deslizamiento de la banda, vibraciones intensas ni arrugas.
Existen numerosos tipos de defectos de la película de recubrimiento con diversas causas. Este artículo se centra en el revestimiento de ranuras-para baterías de iones de litio-, analiza varios defectos comunes y proporciona las soluciones correspondientes. Los defectos comunes incluyen defectos puntuales, efectos de borde y defectos irregulares.
I. Defectos puntuales
1. Poros
Definición:Un defecto en el que el aire que escapa del interior de los poros del material forma agujeros durante el proceso de secado del recubrimiento. Las burbujas en la película húmeda migran desde la capa interna a la superficie de la película y se rompen, formando defectos por agujeros. Las burbujas provienen principalmente de la agitación, el transporte del líquido de recubrimiento y el proceso de recubrimiento.
Medidas de mejora:Aplique vacío, seleccione CMC con buena dispersabilidad y rendimiento estable, ajuste el contenido de sólidos, la proporción de CMC y SBR, etc., ajuste la velocidad y el tiempo de agitación.
2. Cráter (agujero de contracción)
Definición:Un defecto causado por puntos de baja tensión superficial en la superficie del sustrato.
Provocado por diversas partículas (polvo, manchas de aceite, partículas metálicas, etc.). La presencia de partículas extrañas crea áreas de baja tensión superficial en la película húmeda en la superficie de las partículas. La película líquida migra radialmente alrededor de las partículas, formando defectos puntuales en forma de cráter-, como se muestra a continuación.
Medidas de mejora:Filtre el líquido de recubrimiento para eliminar el hierro, controle el polvo ambiental y limpie la superficie del sustrato.
3. Burbujas de revestimiento del ánodo
Protrusión de partículas de aglomerado:Si la suspensión no se agita uniformemente y el agente conductor no se dispersa formando aglomerados, se produce este tipo de defecto. Como se muestra a continuación, aparecen grandes áreas de protuberancias en la superficie del electrodo. La observación de estas áreas con aumento revela que se trata de aglomerados del agente conductor.
Medidas de mejora:Mejorar el proceso de agitación de los purines para eliminarlos.
4. Cáscara de naranja
Definición:Un defecto de apariencia superficial donde el recubrimiento se asemeja a la textura de una cáscara de naranja.
Causas:Durante el recubrimiento, debido a la evaporación del solvente, surgen diferencias de temperatura en diferentes áreas, creando una diferencia de concentración entre las capas superior e inferior de la suspensión. Esto forma un gradiente de tensión superficial y un fenómeno de convección natural, lo que hace que la solución de recubrimiento migre, lo que finalmente resulta en una superficie de recubrimiento desigual y defectos de piel de naranja. Velocidades de secado excesivamente rápidas en el horno o una alta velocidad del aire caliente pueden hacer que la solución se solidifique prematuramente antes de nivelarse, formando también defectos de piel de naranja.
Medidas de mejora:
Reduzca la velocidad de secado, permitiendo que la solución tenga tiempo suficiente para nivelarse.
Añade disolventes, tensioactivos, etc. de baja-volatilidad a la solución para reducir las diferencias de temperatura y concentración.
II. Defectos de línea
1. Arañazos
Definición:La superficie del revestimiento se raya en ranuras lineales de diferentes longitudes y lados irregulares debido al contacto con objetos afilados, como se muestra a continuación.
Posibles causas:Aglomerados de partículas grandes, objetos extraños o partículas grandes atrapadas en la ranura de la ranura o en la ranura del recubrimiento; mala calidad del sustrato que provoca que objetos extraños bloqueen el espacio de recubrimiento entre el rodillo de recubrimiento y el rodillo de respaldo; Daño al labio del troquel. Además, durante el funcionamiento del equipo, una tensión desigual o un volumen de aire del horno inadecuado pueden provocar que el electrodo se raspe durante el desplazamiento, lo que también provoca defectos en las líneas de rayado.
Medidas de mejora:Retire las partículas del labio o del espacio del recubrimiento, reemplace los filtros, inspeccione el labio del troquel. Para problemas causados por el raspado, detenga la línea para solucionar el problema, encuentre la ubicación del raspado, elimine el obstáculo o ajuste adecuadamente el volumen de aire del horno para resolver el defecto de la línea de raspado mientras garantiza que el electrodo esté seco.
Partículas grandes en la suspensión:Ajuste el CMC, aumente el tiempo de agitación. El uso de CMC uniforme con buena disolución, mínimo residuo de fibra y gelificación, buen efecto de hidratación, puede dispersar bien las partículas del material; aumente el tiempo de agitación, limpie las partículas blandas residuales de las mallas, tamice la lechada.
2. Rayas verticales
Definición:Defectos rayados que aparecen en el recubrimiento, paralelos a la dirección de avance del sustrato, que se extienden continuamente en la dirección longitudinal, como se muestra a continuación.
Posibles causas:Generalmente ocurre cerca del límite de velocidad superior de la ventana de recubrimiento, más obvio con recubrimientos finos. Distribución desigual de la lechada en la superficie de la lámina.
Medidas de mejora:Ajustar la viscosidad de la lechada (un dispersante excesivo agregado para una dispersión uniforme puede hacer que la viscosidad sea demasiado alta; el comportamiento de los fluidos no-newtonianos provoca una nivelación deficiente después de que la lechada se transfiere desde el recubridor a la superficie de la lámina y no se distribuye uniformemente). reducir la velocidad de recubrimiento (la reducción de la velocidad permite que la lechada pierda "elasticidad" y se nivele rápidamente); reducir el espacio de recubrimiento entre el rodillo de recubrimiento y el rodillo de respaldo; Utilice dispersantes bien-dispersantes con la dosis adecuada.
3. Rayas horizontales
Definición:Defectos rayados que aparecen en el recubrimiento, perpendiculares a la dirección de avance del sustrato, atravesando el ancho de la banda.
Posibles causas:Vibración mecánica; fluctuación de la velocidad web; fluctuaciones periódicas en el flujo de suministro de purines.
Medidas de mejora:Confirme si la frecuencia de perturbación mecánica coincide con la frecuencia de aparición de rayas horizontales.
4. Borde ondulado
Definición:Defecto caracterizado por la aparición de rayas onduladas en el borde del revestimiento.
Dos razones principales causan defectos en la línea del borde ondulado: una está relacionada con la lámina; por ejemplo, la rugosidad inaceptable de la superficie de la lámina, la oxidación de la lámina, la contaminación secundaria durante el transporte o el desenrollado pueden causar problemas de bordes ondulados. Para tales problemas, reemplácelo con una lámina nueva para recubrir. Otra razón es la falta de coincidencia entre la viscosidad de la lechada y la extensión de las cuñas. Durante el recubrimiento, la agitación prolongada del tanque de suministro puede causar una disminución de la viscosidad, o la mala humectabilidad del agente conductor durante la agitación afecta gravemente la viscosidad de la lechada. Los cambios de viscosidad (disminución) significan que la extensión de cuña actual ya no es adecuada; reemplácela con una cuña de extensión más grande para solucionar el borde ondulado causado por la reducción de la viscosidad.
5. Agrietamiento
Definición:Un defecto donde aparecen grietas entrelazadas en la superficie del revestimiento.
Causas:Secado excesivo o demasiado rápido. Debido al calentamiento desigual de diferentes partes del electrodo durante la parada, algunos bordes se secan demasiado rápido y otros demasiado lentamente durante el secado. Si la tensión interna generada dentro del revestimiento no se libera por completo, éste se agrietará.
Medidas de mejora:Ajuste el tiempo y la velocidad de secado; ajustar el contenido de sólidos (un contenido bajo de sólidos puede hacer que el recubrimiento se seque demasiado rápido y en exceso, lo que provocará curvaturas y grietas); Debido a razones de tensión del material de recubrimiento, controle el agrietamiento ajustando la entrada de aire del horno.
III. Efectos de borde
1. Borde grueso (acumulación de bordes)
Definición:Un defecto donde el espesor del recubrimiento en ambos bordes del ancho recubierto es mayor que el espesor promedio. A menudo, los bordes son gruesos y el centro es delgado, es decir, borde grueso.
Causa:Migración masiva impulsada por la tensión superficial. Como se muestra a continuación, inicialmente, el borde de la película húmeda es más delgado, el solvente se evapora más rápido que en el centro, lo que hace que el contenido sólido en el borde aumente rápidamente. La tensión superficial en el borde llega a ser mucho mayor que la de la película húmeda central. La mayor tensión superficial en el borde y la evaporación más rápida del disolvente impulsan el líquido desde la parte interior hacia el borde, formando un borde grueso después del secado.
El fenómeno del borde grueso es un defecto desfavorable. Las medidas para prevenirlo y mitigarlo incluyen:
① Con un caudal de lechada constante, la reducción del tamaño de la ranura aumenta la velocidad de salida de la lechada en la matriz, reduciendo así la relación de fuerza de arrastre de la lechada y reduciendo así el espesor del borde grueso. Sin embargo, un tamaño de ranura más pequeño crea una presión interna más alta en la matriz, lo que provoca que el labio de la matriz se hinche más fácilmente, lo que genera una uniformidad desigual del espesor transversal del recubrimiento, lo que requiere equipos de recubrimiento de mayor precisión.
② Reducir el espacio del recubrimiento puede reducir de forma limitada el espesor y el ancho del borde grueso.
③ Reducir la tensión superficial de la lechada, por ejemplo, añadiendo tensioactivos, para inhibir el flujo de la lechada hacia el borde durante el secado.
④ Optimice la forma de salida de la cuña de ranura para cambiar la dirección de la velocidad del flujo y la magnitud de la lechada, reducir el estado de tensión de la lechada del borde y debilitar el efecto de hinchazón del borde de la lechada.
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2. Depresión del borde
Definición:Similar a los defectos de línea del tipo depresión del borde.
Causa:Un factor clave que causa defectos en la línea de depresión del borde está relacionado con la presión del recubrimiento. Cuando la presión del recubrimiento dentro de la cavidad de la matriz es relativamente baja, se produce una depresión de los bordes en las posiciones de los bordes del recubrimiento del electrodo.
Medidas de mejora:Un método es agregar teflón en ambos lados de la cavidad del troquel para aumentar la presión del recubrimiento de los bordes, mejorar la cantidad de recubrimiento de los bordes y resolver la depresión de los bordes. La otra es reducir el espesor de las cuñas, también aumentar la presión del revestimiento de la cavidad y evitar la depresión del borde.
3. Arrugas
Definición:Un defecto donde aparecen arrugas en el recubrimiento durante el proceso de secado.
Los factores principales incluyen: tensión de desenrollado/rebobinado, proporciones de rollo, especificaciones de la lámina de cobre (más común en tipos anchos y delgados), diámetro del eje de rebobinado, densidad de bobinado de la película PET, etc.
Contramedidas de mejora:Optimice las curvas de tensión, cambie las proporciones de los rollos, ajuste los rollos de regulación y aumente la densidad de bobinado de la película de PET sobre los rollos.
4. Borde débil/borde difuso
Definición:La diferencia de color entre el material recubierto y el material del borde es pequeña, sin límites claros; La detección de bordes inexacta debido a un borde débil puede provocar una medición de distancia inexacta, lo que posteriormente afectará el enlace de corrección de desviación de seguimiento-.
Causas:Material balanceándose hacia la izquierda y hacia la derecha; diferentes materiales/lechadas tienen diferentes escalas de grises; interferencia por defectos de apariencia en el borde del recubrimiento, etc.
Medidas de mejora:Optimice el sistema de imágenes y el algoritmo de detección de bordes.
Otros defectos comunes del revestimiento incluyen: arrastre de aire, ondas transversales, hundimiento, riachuelos, expansión, encharcamiento, etc.
La complejidad de los defectos del revestimiento
Los defectos del recubrimiento, desde sus causas hasta los métodos de eliminación e incluso los métodos de control, son bastante complejos.
En primer lugar, los factores que causan los defectos son complejos. Cada operación unitaria o paso del proceso de recubrimiento puede afectar la calidad del recubrimiento, provocando defectos de calidad en el producto final. Además de los efectos directos de los factores que causan los defectos-, las interacciones entre diferentes factores también pueden causar defectos.
En segundo lugar, identificar el origen de los defectos es complejo. Los defectos pueden aparecer en el mismo paso del proceso o sólo después de varias operaciones. A veces se encuentran rayas de recubrimiento en la estación de recubrimiento, pero los defectos de mezcla o contaminación solo se hacen visibles una vez finalizado el secado. Incluso es posible que los defectos del sustrato no se detecten hasta que se rebobine el producto final o después del corte.
En tercer lugar, la aparición de defectos es aleatoria. Los defectos pueden ocurrir en cualquier etapa del ciclo de desarrollo del producto, desde la preparación de la suspensión a escala de laboratorio- hasta el recubrimiento piloto y la producción a mayor escala-. Cada etapa puede tener diferentes defectos, y la eliminación en la etapa inicial no garantiza una siguiente etapa-libre de defectos. De manera más compleja, los defectos de apariencia similar pueden tener muchas causas, y la causa puede diferir cada vez, como burbujas, manchas u ondulaciones.
Finalmente, los defectos también pueden determinarse por el diseño inicial de la recubridora y el desempeño de cada unidad de hardware en la línea de producción de recubrimiento. Un recubridor puede ser razonable para el producto para el que fue personalizado inicialmente, pero los cambios en el producto o las variaciones de costos pueden hacer que el recubridor no pueda cumplir con los requisitos.
El análisis anterior destaca los complejos desafíos que plantea el recubrimiento de electrodos de baterías de iones de litio-. Lograr resultados consistentes y de alta-calidad requiere no solo un conocimiento técnico profundo, sino también equipos de precisión, materiales estables y una línea de producción perfectamente integrada.
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