Analyse van veelvoorkomende defecten in de slot-die coating van lithiumbatterijen

Defecten in de coating van lithium-ionbatterijen worden veroorzaakt door drie hoofdcomponenten: de coatingslurry, het coatingvenster en het droogproces van de coating.

• Bij het slurrybereidingsproces zorgt onvolledige dispersie voor de introductie van geagglomereerde deeltjes; onvoldoende ijzerverwijderende filtratie zorgt voor de introductie van metaalresten; en onvolledige vacuümontluchting laat talloze bellen achter. Corresponderende coatingdefecten zijn onder andere agglomeraten, verontreiniging met metaaldeeltjes, speldenprikken, sinaasappelschillen, enz.
• Parameters van het coatingproces (volumestroom van de slurry, coatingsnelheid, spleetopening, enz.) die het coatingvenster overschrijden, kunnen leiden tot luchtinsluiting, doorzakken, periodieke horizontale strepen en verticale strepen. Daarnaast kunnen periodieke trillingen van toevoerpompen, coatingrollen, enz. ook periodieke horizontale strepen veroorzaken.
• Tijdens het droogproces van de coating kunnen te hoge droogtemperaturen defecten veroorzaken zoals bindmiddel migratie, dikke randen en scheuren.

Om een stabiele en gelijkmatige coating te vormen, moeten tijdens het coatingproces gelijktijdig aan de volgende voorwaarden worden voldaan:
① Stabiele slurry-eigenschappen, geen sedimentatie, geen veranderingen in viscositeit, vastestofgehalte, enz.
2 Stabiele toevoer van slurry, waardoor een uniforme en stabiele stromingstoestand in de matrijs ontstaat.
③ Het coatingproces vindt plaats binnen het coatingvenster, waarbij een stabiel stromingsveld ontstaat tussen de matrijs en de coatingrol.
4 Stabiele foliebeweging, geen slippen van de baan, ernstige trillingen of kreukels.

Er zijn talloze soorten defecten in de coatingfilm met uiteenlopende oorzaken. Dit artikel richt zich op slot-die coating voor lithium-ionbatterijen, analyseert verschillende veelvoorkomende defecten en biedt bijbehorende oplossingen. Veelvoorkomende defecten zijn onder andere puntdefecten, randeffecten en gekartelde defecten.

I. Puntdefecten

1. Speldengaatjes
Definitie: Een defect waarbij lucht die uit de poriën van het materiaal ontsnapt, gaten vormt tijdens het droogproces van de coating. Bellen in de natte film migreren van de binnenste laag naar het filmoppervlak en scheuren, waardoor gaatjes ontstaan. Bellen ontstaan voornamelijk door roeren, vloeistoftransport en het coatingproces.
Verbetermaatregelen: Pas vacuüm toe, selecteer CMC met goede dispergeerbaarheid en stabiele prestaties, pas het vastestofgehalte, de CMC- en SBR-verhouding enz. aan, pas de roersnelheid en -tijd aan.

2. Krater (Krimpgat)
Definitie: Een defect dat wordt veroorzaakt door plekken met een lage oppervlaktespanning op het oppervlak van het substraat.
Veroorzaakt door diverse deeltjes (stof, olievlekken, metaaldeeltjes, enz.). De aanwezigheid van vreemde deeltjes creëert gebieden met een lage oppervlaktespanning in de natte film aan het oppervlak van de deeltjes. De vloeistoffilm migreert radiaal rond de deeltjes en vormt kraterachtige puntdefecten, zoals hieronder weergegeven.
Verbetermaatregelen: Filter de coatingvloeistof om ijzer te verwijderen, beperk stof in de omgeving en reinig het substraatoppervlak.

3. Anodecoatingbellen

Uitsteeksel van agglomeraatdeeltjes: Als de slurry niet gelijkmatig wordt geroerd en het geleidende middel niet wordt verspreid, waardoor agglomeraten ontstaan, treedt dit type defect op. Zoals hieronder te zien is, verschijnen er grote uitsteeksels op het elektrodeoppervlak. Door deze gebieden onder vergroting te bekijken, blijkt dat dit agglomeraten van het geleidende middel zijn.
Verbetermaatregelen: Verbeter het roerproces van de slurry om deze problemen te elimineren.

4. Sinaasappelschil
Definitie: Een defect in het oppervlak waarbij de coating de textuur van een sinaasappelschil heeft.
Oorzaken: Tijdens het coaten ontstaan er door de verdamping van het oplosmiddel temperatuurverschillen op verschillende plaatsen, waardoor er een concentratieverschil ontstaat tussen de bovenste en onderste lagen van de slurry. Dit veroorzaakt een oppervlaktespanningsgradiënt en natuurlijke convectie, waardoor de coatingoplossing migreert. Dit resulteert uiteindelijk in een oneffen oppervlak en sinaasappelschildefecten. Een te snelle droogsnelheid in de oven of een hoge heteluchtsnelheid kan ervoor zorgen dat de oplossing voortijdig stolt voordat deze egaliseert, waardoor ook sinaasappelschildefecten ontstaan.
Verbetermaatregelen:

1. Verminder de droogsnelheid, zodat de oplossing voldoende tijd heeft om te egaliseren.
2. Voeg oplosmiddelen met een lage vluchtigheid, oppervlakteactieve stoffen, enz. toe aan de oplossing om temperatuur- en concentratieverschillen te verkleinen.

II. Lijndefecten

1. Krassen
Definitie: Het oppervlak van de coating wordt in lineaire groeven van verschillende lengtes en onregelmatige zijkanten gekrast door contact met scherpe voorwerpen, zoals hieronder weergegeven.
Mogelijke oorzaken: Grote deeltjesagglomeraten, vreemde voorwerpen of grote deeltjes die vastzitten in de sleuf of coatingspleet; slechte substraatkwaliteit waardoor vreemde voorwerpen de coatingspleet tussen de coatingrol en de backrol verstoppen; schade aan de matrijsrand. Bovendien kunnen tijdens het gebruik van de apparatuur ongelijkmatige spanning of een ongeschikte luchthoeveelheid in de oven ervoor zorgen dat de elektrode tijdens de verplaatsing schraapt, wat ook kraslijndefecten veroorzaakt.
Verbetermaatregelen: Verwijder deeltjes uit de rand of de coatingspleet, vervang filters en inspecteer de rand van de matrijs. Bij problemen veroorzaakt door schrapen, stop de lijn om het probleem op te lossen, de schraaplocatie te vinden, het obstakel te verwijderen of het luchtvolume in de oven aan te passen om het defect aan de kraslijn te verhelpen en tegelijkertijd de elektrode droog te houden.
Grote deeltjes in de slurry: Pas de CMC aan en verleng de roertijd. Door uniforme CMC te gebruiken met een goede oplosbaarheid, minimale vezelresten en gelering, en een goed hydraterend effect, kunnen materiaaldeeltjes goed worden verspreid; verleng de roertijd, verwijder resterende zachte deeltjes van de zeven en zeef de slurry.

2. Verticale strepen
Definitie: Gestreepte defecten die in de coating voorkomen, parallel aan de looprichting van het substraat, doorlopend in de lengterichting, zoals hieronder weergegeven.
Mogelijke oorzaken: Treedt meestal op nabij de bovengrens van de snelheid van het coatingvenster, en is duidelijker zichtbaar bij dunne coatings. Ongelijkmatige verdeling van slurry op het folieoppervlak.
Verbetermaatregelen: Pas de viscositeit van de slurry aan (overmatig toevoegen van dispergeermiddel voor een gelijkmatige verspreiding kan de viscositeit te hoog maken; niet-Newtoniaans vloeistofgedrag zorgt voor een slechte vloeiing nadat de slurry van de coater op het folie-oppervlak is overgebracht en niet gelijkmatig wordt verspreid.); verlaag de coatingsnelheid (door de snelheid te verlagen verliest de slurry zijn "elasticiteit" en kan deze niet snel worden geëgaliseerd); verklein de spleet tussen de coatingrol en de steunrol; gebruik goed dispergerende dispergeermiddelen met de juiste dosering.

3. Horizontale strepen
Definitie: Gestreepte defecten die in de coating verschijnen, loodrecht op de looprichting van het substraat, en die de breedte van de baan doorkruisen.
Mogelijke oorzaken: Mechanische trillingen; schommelingen in de baansnelheid; periodieke schommelingen in de aanvoer van slib.
Verbetermaatregelen: Controleer of de frequentie van de mechanische verstoring overeenkomt met de frequentie van horizontale strepen.

4. Golvende rand
Definitie: Een defect dat wordt gekenmerkt door golvende strepen die aan de rand van de coating verschijnen.
Er zijn twee belangrijke redenen die golvende randlijndefecten veroorzaken: één heeft te maken met de folie zelf, bijvoorbeeld onaanvaardbare oppervlakteruwheid van de folie, oxidatie van de folie, secundaire verontreiniging tijdens transport of afwikkeling kunnen allemaal problemen met golvende randen veroorzaken. Vervang de folie voor het coaten door nieuwe folie. Een andere reden is een mismatch tussen de viscositeit van de slurry en de shim-extensie. Tijdens het coaten kan langdurig roeren in de toevoertank leiden tot een afname van de viscositeit, of een slechte bevochtigbaarheid van het geleidende middel tijdens het roeren kan de viscositeit van de slurry ernstig beïnvloeden. Veranderingen in de viscositeit (afname) betekenen dat de huidige shim-extensie niet langer geschikt is; vervang de shim door een shim met een grotere extensie om de golvende rand als gevolg van viscositeitsverlaging te verhelpen.

5. Kraken
Definitie: Een defect waarbij in elkaar overlopende scheuren in het oppervlak van de coating ontstaan.
Oorzaken: Overmatig of te snel drogen. Door ongelijkmatige verhitting van verschillende delen van de elektrode tijdens het stoppen, drogen sommige randen te snel, andere te langzaam tijdens het drogen. Als de interne spanning die in de coating ontstaat niet volledig wordt opgeheven, zal deze barsten.
Verbetermaatregelen: Pas de droogtijd en -snelheid aan; pas het vastestofgehalte aan (een laag vastestofgehalte kan ervoor zorgen dat de coating te snel en te veel droogt, waardoor krullen en scheuren ontstaan); en pas de luchtinlaat in de oven aan om scheuren te voorkomen vanwege de spanning van het coatingmateriaal.

III. Randeffecten

1. Dikke rand (randopbouw)
Definitie: Een defect waarbij de coatingdikte aan beide randen van de gecoate breedte hoger is dan de gemiddelde dikte. Vaak zijn de randen dik en is het midden dun, oftewel een dikke rand.
Oorzaak: Massamigratie wordt veroorzaakt door oppervlaktespanning. Zoals hieronder weergegeven, is de rand van de natte film aanvankelijk dunner; oplosmiddel verdampt sneller dan in het midden, waardoor het vastestofgehalte aan de rand snel stijgt. De oppervlaktespanning aan de rand wordt veel groter dan die van de natte film in het midden. De hogere oppervlaktespanning aan de rand en de snellere verdamping van het oplosmiddel drijven vloeistof van binnen naar de rand, waardoor na droging een dikke rand ontstaat.

Het fenomeen van de dikke rand is een ongunstig defect. Maatregelen om dit te voorkomen en te beperken zijn onder andere:
① Bij een constante slurrystroomsnelheid verhoogt het verkleinen van de sleufgrootte de uitstroomsnelheid van de slurry bij de matrijs, waardoor de sleepkrachtverhouding van de slurry afneemt en de dikte van de dikke rand afneemt. Een kleinere sleufgrootte creëert echter een hogere interne druk in de matrijs, waardoor de matrijslip gemakkelijker opzwelt. Dit leidt tot een ongelijkmatige dikte-uniformiteit van de coating, wat een hogere precisie van de coatingapparatuur vereist.
2. Door de coatingspleet te verkleinen, kunnen de dikte en breedte van de dikke rand beperkt worden verminderd.
3 Verlaag de oppervlaktespanning van de slurry, bijvoorbeeld door oppervlakteactieve stoffen toe te voegen, om te voorkomen dat de slurry tijdens het drogen naar de rand stroomt.
4 Optimaliseer de uitlaatvorm van de sleufplaat om de stroomsnelheidsrichting en -grootte van de slurry te veranderen, de spanningstoestand van de randslurry te verminderen en het randzwellingseffect van de slurry te verzwakken.

[Suggestie voor interne link: Link "apparatuur voor coating met hogere precisie" naar onze productpagina voor precisiecoaters, en "slurry-eigenschappen" naar onze pagina's voor materiaalvoorziening of technische ondersteuning]

2. Randdepressie
Definitie: Vergelijkbaar met lijndefecten van het type randdepressie.
Oorzaak: Een belangrijke factor die defecten in de randdeuklijn veroorzaakt, is de coatingdruk. Wanneer de coatingdruk in de matrijsholte relatief laag is, treedt er randdeuk op aan de randposities van de elektrodecoating.
Verbetermaatregelen: Eén methode is het toevoegen van Teflon aan beide zijden van de matrijsholte om de druk van de randcoating te verhogen, de hoeveelheid randcoating te verbeteren en randdeuk te voorkomen. De andere is om de dikte van de vulplaatjes te verminderen, ook om de druk van de holtecoating te verhogen en randdeuk te voorkomen.

3. Rimpelen
Definitie: Een defect waarbij er tijdens het droogproces rimpels in de coating ontstaan.

Belangrijke factoren zijn onder meer: afwikkel-/opwikkelspanning, rolverhoudingen, specificaties van koperfolie (vaker voorkomend bij brede, dunne types), diameter van de opwikkelas, wikkeldichtheid van de PET-folie, etc.
Verbeteringsmaatregelen: Optimaliseer de spanningscurves, wijzig de rolverhoudingen, stel de regelrollen bij en verhoog de wikkeldichtheid van de PET-folie over de rollen.

4. Zwakke rand / vage rand
Definitie: Het kleurverschil tussen het gecoate materiaal en het randmateriaal is klein en er is geen duidelijke grens. Onnauwkeurige randdetectie vanwege een zwakke rand kan leiden tot onnauwkeurige afstandsmetingen, wat vervolgens van invloed is op de koppeling voor de correctie van de vervolgafwijking.
Oorzaken: Materiaal dat naar links en rechts beweegt; verschillende materialen/slurries hebben verschillende grijstinten; interferentie door uiterlijke gebreken aan de rand van de coating, etc.
Verbetermaatregelen: Optimaliseer het beeldvormingssysteem en het randdetectiealgoritme.

Andere veelvoorkomende gebreken in de coating zijn: luchtbelvorming, dwarsgolven, doorzakken, beekjes, uitzetting, plassen, etc.

De complexiteit van coatingdefecten

Coatingdefecten zijn behoorlijk complex, van de oorzaken tot de methoden om ze te verhelpen en zelfs te beheersen.

Ten eerste zijn de factoren die defecten veroorzaken complex. Elke eenheidsbewerking of processtap in het coatingproces kan de kwaliteit van de coating beïnvloeden, wat leidt tot kwaliteitsdefecten in het eindproduct. Naast de directe effecten van defectveroorzakende factoren, kunnen ook interacties tussen verschillende factoren defecten veroorzaken.

Ten tweede is het lastig om de bron van defecten te achterhalen. Defecten kunnen in dezelfde processtap of pas na meerdere bewerkingen optreden. Soms worden er al bij het coaten strepen van de coating aangetroffen, maar worden meng- of verontreinigingsdefecten pas zichtbaar na het drogen. Zelfs substraatdefecten worden mogelijk pas ontdekt nadat het eindproduct is teruggespoeld of na het snijden.

Ten derde is het optreden van defecten willekeurig. Defecten kunnen in elke fase van de productontwikkelingscyclus optreden, van de bereiding van slurry op laboratoriumschaal tot pilotcoating en grootschalige productie. Elke fase kan verschillende defecten hebben, en het elimineren ervan in de beginfase garandeert geen defectvrije volgende fase. Complexer nog, vergelijkbare defecten kunnen vele oorzaken hebben, en de oorzaak kan elke keer verschillen, zoals bij bellen, vlekken of rimpelingen.

Ten slotte kunnen defecten ook worden vastgesteld aan de hand van het oorspronkelijke ontwerp van de coater en de prestaties van elke hardware-eenheid op de coatingproductielijn. Een coater kan geschikt zijn voor het product waarvoor deze oorspronkelijk is ontworpen, maar productwijzigingen of prijsschommelingen kunnen ertoe leiden dat de coater niet aan de eisen kan voldoen.

De bovenstaande analyse benadrukt de complexe uitdagingen bij het coaten van lithium-ionbatterij-elektroden. Het behalen van consistente, hoogwaardige resultaten vereist niet alleen diepgaande technische kennis, maar ook precisieapparatuur, stabiele materialen en een naadloos geïntegreerde productielijn.

Bij TOB NIEUWE ENERGIE Wij zijn uw toegewijde partner bij het overwinnen van deze uitdagingen. We bieden end-to-end oplossingen die de kloof tussen R&D en massaproductie overbruggen en ervoor zorgen dat uw processen geoptimaliseerd zijn voor kwaliteit, efficiëntie en opbrengst.

Onze kernactiviteiten:

• Sleutelklaar Oplossingen voor batterijproductielijnen : Wij leveren complete, gebruiksklare productielijnen die zijn afgestemd op uw budget en outputdoelstellingen, van ontwerp en bouw van de fabriek tot de selectie van apparatuur, installatie, inbedrijfstelling en opleiding van personeel.
• Pilot Line & Lab Line-oplossingen: Versnel uw R&D en schaal op met onze op maat gemaakte pilot- en experimentele lijnen, ontworpen om nauwkeurige en schaalbare gegevens te leveren voor massaproductie.
• Ondersteuning van geavanceerde batterijtechnologie: Schakel ons interne team van experts in voor advies over geavanceerde technologieën, waaronder solid-state batterijen, natriumionbatterijen, lithium-zwavelbatterijen en droge-elektrodeprocessen. We bieden uitgebreide ondersteuning om de celprestaties te verbeteren op het gebied van capaciteit, snelheid, levensduur en veiligheid.
• Aangepaste apparatuur voor alle podia: Wij leveren op maat gemaakte coaters en andere essentiële apparatuur voor de laboratorium-, pilot- en massaproductiefase, allemaal gebouwd volgens uw specifieke vereisten.
• Uitgebreid Batterijmateriaal Levering: Profiteer van een breed assortiment hoogwaardige, baanbrekende batterijmaterialen ter ondersteuning van uw onderzoeks- en productiebehoeften.

Laten we samen de toekomst van energie bouwen.

Bezoek onze website om te ontdekken hoe onze Oplossingen voor batterijproductielijnen En Diensten voor aangepaste apparatuur kan uw succes versterken. Voor technische samenwerking kunt u contact opnemen met Neem contact met ons op Vandaag.