Os defeitos no revestimento da bateria de íons de lítio se originam de três partes principais: a pasta de revestimento, a janela de revestimento e o processo de secagem do revestimento.
No processo de preparação da pasta, a dispersão incompleta introduz partículas aglomeradas; a filtragem insuficiente de remoção de ferro introduz detritos metálicos; e a desaeração a vácuo incompleta deixa inúmeras bolhas. Os defeitos de revestimento correspondentes incluem aglomerados, contaminação por partículas metálicas, furos, casca de laranja, etc.
Parâmetros do processo de revestimento (taxa de fluxo volumétrico da pasta, velocidade de revestimento, folga da fenda, etc.) que excedem a janela de revestimento podem levar à entrada de ar, flacidez, listras horizontais periódicas e listras verticais. Além disso, vibrações periódicas de bombas de alimentação, rolos de revestimento, etc., também podem produzir faixas horizontais periódicas.
Durante o processo de secagem do revestimento, temperaturas de secagem excessivamente altas podem causar defeitos como migração do ligante, bordas espessas e rachaduras.
Para formar um revestimento estável e uniforme, as seguintes condições devem ser atendidas simultaneamente durante o processo de revestimento:
① Propriedades estáveis da pasta, sem sedimentação, sem alterações na viscosidade, conteúdo sólido, etc.
② Fornecimento de alimentação de pasta estável, formando um estado de fluxo uniforme e estável dentro da matriz.
③ O processo de revestimento ocorre dentro da janela de revestimento, formando um campo de fluxo estável entre a matriz e o rolo de revestimento.
④ Movimento estável da folha, sem deslizamento da teia, vibração severa ou rugas.
Existem vários tipos de defeitos no filme de revestimento com causas variadas. Este artigo se concentra no revestimento de-matriz de slot para baterias de-íon de lítio, analisando vários defeitos comuns e fornecendo soluções correspondentes. Defeitos comuns incluem defeitos pontuais, efeitos de borda e defeitos irregulares.
I. Defeitos pontuais
1. Furos
Definição:Defeito onde o ar que escapa de dentro dos poros do material forma buracos durante o processo de secagem do revestimento. Bolhas no filme úmido migram da camada interna para a superfície do filme e se rompem, formando pequenos defeitos. As bolhas vêm principalmente da agitação, do transporte do líquido de revestimento e do processo de revestimento.
Medidas de melhoria:Aplique vácuo, selecione CMC com boa dispersibilidade e desempenho estável, ajuste o conteúdo sólido, a proporção de CMC e SBR, etc., ajuste a velocidade e o tempo de agitação.
2. Cratera (buraco de contração)
Definição:Um defeito causado por pontos de baixa tensão superficial na superfície do substrato.
Causada por diversas partículas (poeira, manchas de óleo, partículas metálicas, etc.). A presença de partículas estranhas cria áreas de baixa tensão superficial na película úmida na superfície da partícula. O filme líquido migra radialmente ao redor das partículas, formando defeitos pontuais semelhantes a crateras, como mostrado abaixo.
Medidas de melhoria:Filtre o líquido de revestimento para remoção de ferro, controle a poeira ambiental e limpe a superfície do substrato.
3. Bolhas de revestimento anódico
Protrusão de Partículas Aglomeradas:Se a pasta não for agitada uniformemente e o agente condutor não se dispersar, formando aglomerados, ocorre esse tipo de defeito. Conforme mostrado abaixo, grandes áreas de saliências aparecem na superfície do eletrodo. A observação destas áreas ampliadas revela que se trata de aglomerados do agente condutor.
Medidas de melhoria:Melhore o processo de agitação da pasta para eliminá-los.
4. Casca de laranja
Definição:Defeito de aparência superficial onde o revestimento lembra a textura de uma casca de laranja.
Causas:Durante o revestimento, devido à evaporação do solvente, surgem diferenças de temperatura em diferentes áreas, criando uma diferença de concentração entre as camadas superior e inferior da pasta. Isto forma um gradiente de tensão superficial e um fenômeno de convecção natural, fazendo com que a solução de revestimento migre, resultando em uma superfície de revestimento irregular e defeitos de casca de laranja. Taxas de secagem excessivamente rápidas no forno ou alta velocidade do ar quente podem fazer com que a solução solidifique prematuramente antes de nivelar, formando também defeitos de casca de laranja.
Medidas de melhoria:
Reduza a taxa de secagem, permitindo que a solução tenha tempo suficiente para nivelar.
Adicione solventes-de baixa volatilidade, surfactantes, etc. à solução para reduzir diferenças de temperatura e concentração.
II. Defeitos de linha
1. Arranhões
Definição:A superfície do revestimento é riscada em ranhuras lineares de comprimentos variados e lados irregulares devido ao contato com objetos pontiagudos, conforme mostrado abaixo.
Possíveis causas:Aglomerados de partículas grandes, objetos estranhos ou partículas grandes presas na fenda ou lacuna de revestimento; baixa qualidade do substrato, fazendo com que objetos estranhos bloqueiem a lacuna de revestimento entre o rolo de revestimento e o rolo de suporte; danos ao lábio da matriz. Além disso, durante a operação do equipamento, a tensão irregular ou o volume de ar inadequado do forno podem fazer com que o eletrodo raspe durante o deslocamento, causando também defeitos nas linhas de risco.
Medidas de melhoria:Remova as partículas da borda ou da abertura do revestimento, substitua os filtros e inspecione a borda da matriz. Para problemas causados por raspagem, pare a linha para solucionar o problema, encontre o local de raspagem, remova o obstáculo ou ajuste adequadamente o volume de ar do forno para resolver o defeito da linha de risco, garantindo ao mesmo tempo a secura do eletrodo.
Partículas grandes na pasta:Ajuste o CMC, aumente o tempo de agitação. Usar CMC uniforme com boa dissolução, resíduo mínimo de fibra e gelificação, bom efeito de hidratação, pode dispersar bem as partículas do material; aumente o tempo de agitação, limpe as partículas moles residuais das telas, peneire a pasta.
2. Listras verticais
Definição:Defeitos listrados que aparecem no revestimento, paralelos à direção de execução do substrato, estendendo-se continuamente na direção do comprimento, conforme mostrado abaixo.
Possíveis causas:Geralmente ocorre próximo ao limite superior de velocidade da janela de revestimento, mais óbvio com revestimentos finos. Distribuição desigual da pasta na superfície da folha.
Medidas de melhoria:Ajustar a viscosidade da pasta (o excesso de dispersante adicionado para uma dispersão uniforme pode tornar a viscosidade muito alta; o comportamento do fluido não-newtoniano causa um nivelamento deficiente depois que a pasta é transferida do revestidor para a superfície da folha, não se espalhando uniformemente). reduzir a velocidade de revestimento (reduzir a velocidade permite que a pasta perca “elasticidade” e nivele-se rapidamente); reduzir a folga de revestimento entre o rolo de revestimento e o rolo de suporte; use dispersantes bem-dispersantes com dosagem apropriada.
3. Listras horizontais
Definição:Defeitos listrados que aparecem no revestimento, perpendiculares à direção de execução do substrato, atravessando a largura da teia.
Possíveis causas:Vibração mecânica; flutuação da velocidade da web; flutuações periódicas no fluxo de fornecimento de polpa.
Medidas de melhoria:Confirme se a frequência de perturbação mecânica corresponde à frequência de ocorrência de faixa horizontal.
4. Borda Ondulada
Definição:Defeito caracterizado por listras onduladas que aparecem na borda do revestimento.
Duas razões principais causam defeitos nas bordas onduladas: uma está relacionada à folha, por exemplo, rugosidade inaceitável da superfície da folha, oxidação da folha, contaminação secundária durante o transporte ou desenrolamento podem causar problemas nas bordas onduladas. Para tais problemas, substitua por uma nova película para revestimento. Outra razão é a incompatibilidade entre a viscosidade da pasta e a extensão do calço. Durante o revestimento, a agitação prolongada do tanque de abastecimento pode causar diminuição da viscosidade, ou a baixa molhabilidade do agente condutor durante a agitação afeta gravemente a viscosidade da pasta. Mudanças na viscosidade (diminuição) significam que a extensão do calço atual não é mais adequada; substitua por um calço de extensão maior para resolver bordas onduladas causadas pela redução da viscosidade.
5. Rachaduras
Definição:Um defeito onde aparecem fissuras entrelaçadas na superfície do revestimento.
Causas:Secagem excessiva ou excessivamente rápida. Devido ao aquecimento desigual de diferentes partes do eletrodo durante a parada, algumas bordas secam muito rapidamente, outras muito lentamente durante a secagem. Se a tensão interna gerada no revestimento não for totalmente liberada, ele irá rachar.
Medidas de melhoria:Ajustar tempo e velocidade de secagem; ajustar o conteúdo de sólidos (o baixo teor de sólidos pode fazer com que o revestimento seque muito rápida e excessivamente, causando ondulações e rachaduras); devido a razões de tensão do material de revestimento, controle as fissuras ajustando a entrada de ar do forno.
III. Efeitos de borda
1. Borda espessa (acúmulo de borda)
Definição:Um defeito onde a espessura do revestimento em ambas as bordas da largura revestida é superior à espessura média. Muitas vezes, as bordas são grossas e o centro é fino, ou seja, borda grossa.
Causa:Migração em massa impulsionada pela tensão superficial. Conforme mostrado abaixo, inicialmente, a borda do filme úmido é mais fina, o solvente evapora mais rápido do que no centro, fazendo com que o conteúdo de sólidos na borda aumente rapidamente. A tensão superficial na borda torna-se muito maior que a do filme úmido central. A maior tensão superficial na borda e a evaporação mais rápida do solvente conduzem o líquido da parte interna em direção à borda, formando uma borda espessa após a secagem.
O fenômeno da borda espessa é um defeito desfavorável. As medidas para prevenir e mitigar incluem:
① Com vazão de polpa constante, reduzir o tamanho da ranhura aumenta a velocidade de saída da polpa na matriz, reduzindo assim a relação de força de arrasto da polpa, reduzindo assim a espessura da borda espessa. No entanto, um tamanho de ranhura menor cria uma pressão interna mais alta na matriz, causando mais facilmente o inchaço da borda da matriz, levando a uma uniformidade irregular da espessura transversal do revestimento, exigindo equipamentos de revestimento de maior precisão.
② Reduzir a lacuna do revestimento pode reduzir limitadamente a espessura e a largura da borda espessa.
③ Reduza a tensão superficial da pasta, por exemplo, adicionando surfactantes, para inibir o fluxo da pasta em direção à borda durante a secagem.
④ Otimize o formato de saída do calço da ranhura para alterar a direção da velocidade do fluxo e a magnitude da lama, reduza o estado de tensão da lama da borda e enfraqueça o efeito de expansão da borda da lama.
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2. Depressão marginal
Definição:Semelhante aos defeitos de linha do tipo depressão de borda.
Causa:Um fator chave que causa defeitos nas linhas de depressão das bordas está relacionado à pressão do revestimento. Quando a pressão de revestimento dentro da cavidade da matriz é relativamente baixa, ocorre depressão nas bordas nas posições das bordas do revestimento do eletrodo.
Medidas de melhoria:Um método é adicionar Teflon em ambos os lados da cavidade da matriz para aumentar a pressão do revestimento da borda, melhorar a quantidade de revestimento da borda e resolver a depressão da borda. A outra é reduzir a espessura do calço, também aumentar a pressão do revestimento da cavidade e evitar a depressão da borda.
3. Enrugamento
Definição:Defeito onde aparecem rugas no revestimento durante o processo de secagem.
Os principais fatores incluem: tensão de desenrolamento/rebobinamento, proporções de rolo, especificações de folha de cobre (mais comuns em tipos largos e finos), diâmetro do eixo de rebobinamento, densidade de enrolamento de filme PET, etc.
Contramedidas de melhoria:Otimize as curvas de tensão, altere as proporções dos rolos, ajuste os rolos reguladores e aumente a densidade de enrolamento do filme PET sobre os rolos.
4. Borda Fraca / Borda Fuzzy
Definição:A diferença de cor entre o material revestido e o material da borda é pequena, sem limites claros; a detecção imprecisa de borda devido a uma borda fraca pode levar a uma medição de distância imprecisa, afetando subsequentemente a vinculação-de correção de desvio de acompanhamento.
Causas:Material balançando para a esquerda e para a direita; diferentes materiais/pasta têm diferentes escalas de cinza; interferência de defeitos de aparência na borda do revestimento, etc.
Medidas de melhoria:Otimize o sistema de imagem e o algoritmo de detecção de bordas.
Outros defeitos comuns de revestimento incluem: entrada de ar, ondas transversais, flacidez, riacho, expansão, poças, etc.
A complexidade dos defeitos de revestimento
Os defeitos de revestimento, desde as suas causas até aos métodos de eliminação e até métodos de controlo, são bastante complexos.
Primeiro, os fatores que causam os defeitos são complexos. Cada operação unitária ou etapa do processo de revestimento pode afetar a qualidade do revestimento, levando a defeitos de qualidade no produto final. Além dos efeitos diretos dos fatores causadores-de defeitos, as interações entre diferentes fatores também podem causar defeitos.
Em segundo lugar, identificar a origem dos defeitos é complexo. Os defeitos podem aparecer na mesma etapa do processo ou somente após diversas operações. Às vezes, manchas de revestimento são encontradas na estação de revestimento, mas defeitos mistos ou de contaminação só se tornam visíveis após o término da secagem. Mesmo os defeitos do substrato podem não ser detectados até que o produto final seja rebobinado ou após o corte.
Em terceiro lugar, a ocorrência de defeitos é aleatória. Os defeitos podem ocorrer em qualquer estágio do ciclo de desenvolvimento do produto, desde a preparação da pasta-em escala de laboratório até o revestimento piloto e a produção-aumentada. Cada estágio pode ter defeitos diferentes, e a eliminação no estágio inicial não garante um próximo estágio-livre de defeitos. De forma mais complexa, defeitos de aparência semelhantes podem ter muitas causas, e a causa pode ser diferente a cada vez, como bolhas, manchas ou ondulações.
Finalmente, os defeitos também podem ser determinados pelo projeto inicial do revestidor e pelo desempenho de cada unidade de hardware na linha de produção de revestimento. Um revestidor pode ser razoável para o produto para o qual foi inicialmente personalizado, mas alterações no produto ou variações de custo podem fazer com que o revestidor não consiga atender aos requisitos.
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