Schlechte Ablösung der negativen Elektrode des Lipo-Akkus: verbessert durch doppelte Beschichtung

Wenn Lipo-Batterie beschichtet und getrocknet wird, wandert der Klebstoff aufgrund der Kapillarkraft an die Oberfläche, und mit zunehmender Beschichtungsgeschwindigkeit und Beschichtungsdicke der Lipo-Batterie wird die Migration des Klebstoffs während des Trocknungsprozesses stärker, was das Ankleben und die Haftung zwischen den Flüssigkeiten weiter schwächt. Dies wirkt sich negativ auf die Leistung der Lipo-Batterie aus. Um dieses Problem zu lösen, entstand die doppellagige Beschichtungstechnologie für Lipo-Batterien. Durch Mehrschichtbeschichtung wird die Grundierung mit einem hohen Anteil an SBR kompensiert.

In der Studie wurde durch die Kombination von zwei Lipo-Batterie-Suspensionen mit unterschiedlichem SBR-Gehalt die Suspension mit gradientem SBR-Binder doppelt beschichtet. Alle Lipo-Batterieelektroden bestehen aus Kupferfolie mit einer Unterschicht von 50 % Dicke und einer Oberschicht von 50 % Dicke, drei zweilagigen Konfigurationen (A+A, B1+B2 und C1+C2). Gleichzeitig wurde mit den jeweiligen Suspensionen eine einlagige Lipo-Batterieelektrode als Vergleichsreferenz hergestellt.
Beim doppellagigen Beschichtungsprozess der Lipo-Batterie können drei Probleme auftreten: (1) Lufteintritt; (2) Längsstreifen; (3) Vermischung der oberen und unteren Schichten. Im Folgenden wird CNHL lipos, der Hersteller der Lipo-Batterie, den Inhalt der Lipo-Batteriebeschichtung im Detail vorstellen.

1 Lipo-Batteriebeschichtungsfehler

Entsprechende Ansicht der Lipo-Batteriebeschichtungsperle und der Oberseite des Beschichtungsfilms, einschließlich stabilisierender Lipo-Batteriebeschichtung, Lufteinschluss-Beschichtungsfehler und aufgewölbter Beschichtungsfehler
Die untere Schicht der Lipo-Batterie ist mit einem ultravioletten (UV) Tracer hervorgehoben, der unter UV-Licht blau leuchtet, und die obere Schicht ohne UV-Tracer ist schwarz. Wenn der Volumenstrom zu niedrig ist, wird der bewegliche Kontaktleiter instabil und führt Luft in die Lipo-Batterie-Suspension ein.
Diese Substanzen erscheinen als Blasen oder Streifen in der Lipo-Batteriebeschichtung. Umgekehrt, wenn die Volumenstromrate zu hoch ist, wird die Flüssigkeit in Richtung der Beschichtung aus der Beschichtung herausgedrückt, was zu gemischten Streifen in der Lipo-Batteriebeschichtung führt.

2 Faktoren, die die Stabilität der Lipo-Batteriebeschichtung beeinflussen

Um die Stabilität der Lipo-Batteriebeschichtungen zu untersuchen, wurde jede Beschichtungsbedingung der Lipo-Batterie mit unterschiedlichen Beschichtungsgeschwindigkeiten und Nassfilmdicken bewertet und in drei Kategorien eingeteilt: keine Defekte, untere Grenze und obere Grenze. Der Bereich zwischen der fehlerfreien Beschichtung und der fehlerhaften Beschichtung wird als Beschichtungsfenster bezeichnet.
1) Unterschiedliche Beschichtungsgeschwindigkeiten der Lipo-Batterie
Beschichtungsstabilität bei 127 μm Spalt zwischen den Beschichtungsrückrollen: Bei 0,5 m/min beträgt die minimale Nassfilmdicke für eine defektstabile Beschichtung 87 μm, bei Erhöhung der Geschwindigkeit auf 20 m/min steigt die Dicke auf 90 μm, bei 1 m/min Spitzenwert.
2) Unterschiedliche Nassfilmdicken der Lipo-Batterie
Bei 0,5 m/min betrug die maximale Nassfilmdicke vor der Ausbeulungs-Ausdehnung 147 μm, die bei 20 m/min auf 133 μm abnahm. Defekte befinden sich im stabilen Beschichtungsbereich zwischen den Stabilitätsgrenzen, und die Nassfilmdicke kann ohne Beschichtungsfehler variieren. Zwischen diesen Stabilitätsgrenzen findet kein Mischen der Schichten statt. Es ist zu erkennen, dass die minimale Nassfilmdicke des defekten Doppelschichtfilms höher ist als die der Einzelschicht; bei einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 20 m/min beträgt die Einzelschicht 64 μm und die Doppelschicht 90 μm.

Wenn der größere Spalt 420 μm beträgt, liegt die Untergrenze der Nassfilmdicke für Lipo-Batterie-Defekte bei 300 μm. Die Obergrenze der Nassfilmdicke liegt bei 510 μm bei 0,5 m/min und 450 μm bei 20 m/min. Die minimale Nassfilmdicke der Lipo-Batterie-Doppelschicht ist ebenfalls deutlich höher als die der Einzelschicht. Dies wird durch die Strömungsbedingungen im vorgelagerten Meniskus verursacht. Wenn sich im Spalt ein Couette-Fluss ohne Überlagerung eines Poiseuille-Flusses bildet, ist die simulierte Druckbilanz ungefähr ausgeglichen.
Dies ist der Fall, wenn die Nassfilmdicke der Lipo-Batterie die Hälfte des Spalts der Einzelschichtbeschichtung beträgt. Für die Zweischichtbeschichtung war in dieser Studie 50 % der entsprechenden Nassfilmdicke entscheidend.
Im Fall der Lipo-Batterie-Doppelschicht-Schlitzdüse unterscheidet sich dieser Fluss vom Fluss in der Einzelschicht-Schlitzdüse, bei der aufgrund der zwei Zuführöffnungen der Doppelschicht-Schlitzdüse zwei Fluidströme entstehen.
Bei Lipo-Batterie-Stabilisierungsbeschichtungen mit minimaler Nassfilmdicke überlagern sich Couette- und Poi-Wolkenströmungen in mehreren Schichten, was zu einer höheren Nassfilmdicke der Lipo-Batterie führt.

Neben den vorgeschlagenen Ausfallmodi der Lufteinlagerung und Quellung der Lipo-Batterie gibt es auch zweischichtige Mischbeschichtungsfehler der Lipo-Batterie. Die UV-aktiven Marker wurden durch den vorgeschlagenen experimentellen Aufbau visualisiert, und eine Schicht des Mischens (eine Mischung aus zwei Schichten, die untere Schicht der Lipo-Batterie war blau mit UV-Tracer, und die obere Schicht der Lipo-Batterie war unpigmentiertes Schwarz, das optisch erkannt werden kann)

3 Prozesspunkte, an denen die Lipo-Batterie-Schlitzdüse gemischt wird

Der experimentell bestimmte Mischprozesspunkt liegt unter der minimalen Nassfilmdicke der Lufteinlagerung, daher kann der Ausfallmodus des Lipo-Batterie-Mischens nur bei sehr niedrigen Beschichtungsgeschwindigkeiten von 0,2 und 0,5 m/min beobachtet werden. Bei Beschichtungsgeschwindigkeiten über 1 m/min und über der minimalen Nassfilmdicke wurde kein Mischen festgestellt. Das Mischen wird durch Rückfluss innerhalb der beschichteten Perlen und die daraus resultierende intensive Wirbelbildung verursacht.

Die Literatur weist darauf hin, dass der Ausfallmodus der Lipo-Batterie auftritt, wenn die Schichtdicke der Grundierung weniger als ein Drittel des Rückwalzenabstands beträgt. Für die in dieser Studie verwendeten Lipo-Batteriebeschichtungen betrug das Verhältnis der Deck- zur Grundschichtdicke 50 %, was zu einer kritischen Unterschichtdicke weit unter der minimalen Nassfilmdicke im relevanten Geschwindigkeitsbereich führte, sodass die Lipo-Batterieverbindung außerhalb des Prozessfensters dieses Experiments lag.

4 Analyse der Abziehfestigkeit der Lipo-Batteriebeschichtung

Die Abziehfestigkeit der Lipo-Batterie kann die Klebewirkung zwischen Folie und Beschichtung gut charakterisieren und auch indirekt die Migration des Klebstoffs beobachten. Haftung bei verschiedenen Formulierungen der Lipo-Batterie-Grund- und Deckschicht: Die Haftung wird hauptsächlich durch den SBR-Gehalt in der Nähe der Sammelfolie bestimmt, je größer das Verhältnis, desto größer die Haftung.
Durch die Verdopplung des SBR-Gehalts direkt auf der Lipo-Batteriefolie erhöhte sich die Haftung ebenfalls etwa um das Doppelte, von 23 N/m bei 3,7 Gew.-% SBR auf 44 N/m bei einer Einzelschicht mit 7,4 Gew.-% SBR. Dies zeigt sich sowohl bei Einzel- als auch bei Doppelschichten der Lipo-Batterie.

Die Haftung mit einer gleichmäßigen Verteilung des Bindemittels bei einer Einkomponentenbeschichtung ist ebenso hoch wie bei einer Zweikomponentenbeschichtung. Bei der zweilagigen Beschichtung der Lipo-Batterie hat die Grundschicht denselben Bindemittelgehalt wie die Einzelschicht, während die Deckschicht deutlich weniger Bindemittel enthält, B1 (SBR 4,97 %) + B2 (SBR 2,49 %) Die Haftung von C1 (SBR 7,46 %) + C2 (SBR 0 %) stieg im Vergleich zu A (SBR 3,73 %) um 43,5 %. Daher können Lipo-Batterie-beschichtete Elektroden mit SBR-Bindemittelgradienten den Gesamtbindemittelgehalt erheblich reduzieren, ohne die Haftung negativ zu beeinflussen.

5 Analyse der elektrischen Leistung der Lipo-Batterie

Wenn die Rate unter 1C liegt, gibt es keinen Unterschied in der Kapazität zwischen Einkomponenten- und Zweikomponentenbeschichtung. Bei höheren Raten kann die Lipo-Batterie mit Zweikomponentenbeschichtung eine höhere Kapazität freisetzen, und C1+C2 hat bei hohen Raten die höchste Kapazität. In Bezug auf die Zyklusleistung beträgt bei 1200 Zyklen die verbleibende Kapazität von A+A 87,7 %, die von B1+B2 87,6 % und die von C1+C2 89,1 %.

Die höhere Haftung der mehrschichtigen Elektroden der Lipo-Batterie trägt zur langfristigen Stabilität bei. Im Vergleich zur Einkomponentenbeschichtung hat die zweilagige Elektrode der Lipo-Batterie eine um bis zu 11,0 % höhere Entladungskapazität und zeigt leicht bessere Ergebnisse hinsichtlich der Zyklusleistung.
Das Obige ist der gesamte Inhalt der Lipo-Batteriebeschichtung, bereitgestellt von Lipo-Batterieherstellern. Ich hoffe, dieser Artikel hilft Ihnen, mehr über Lipo-Batterien zu erfahren. Für weitere Informationen zu Lithiumbatterien lesen Sie bitte Folgendes:
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