リポバッテリー負極の剥離不良：二重コーティングで改善

リポバッテリーをコーティングして乾燥させると、接着剤は毛細管現象により表面に移動し、リポバッテリーのコーティング速度が上がり、コーティングの厚さが増すにつれて、乾燥過程で接着剤の移動がより深刻になり、ドレッシングと収集の接着がさらに弱まります。流体間の接着はリポバッテリーの性能に悪影響を及ぼします。この問題を解決するために、リポバッテリーの二重層コーティング技術が誕生しました。多層コーティングを通じて、プライマーは高比率のSBRで補償されます。

本研究では、異なるSBR含有量の2種類のリポバッテリースラリーを組み合わせ、勾配SBRバインダーを持つスラリーを二重コーティングしました。すべてのリポバッテリー電極は銅箔で構成され、底層が50％の厚さ、上層が50％の厚さの3つの二層構成（A+A、B1+B2、C1+C2）であり、同時にそれぞれのスラリーで単層リポバッテリー電極も比較参照として作製しました。
リポバッテリーの二重層コーティングプロセスでは、(1) 空気浸入、(2) 縦筋、(3) 上下層の混合の3つの問題が考えられます。次に、CNHLリポ、リポバッテリーの製造元がリポバッテリーコーティングの内容を詳しく紹介します。

1 リポバッテリーコーティング欠陥

リポバッテリーコーティングビードとコーティング膜の上面の対応ビュー。リポバッテリー安定化コーティング、空気巻き込みコーティング欠陥および膨れコーティング欠陥を含む。
リポバッテリーの底層は紫外線（UV）トレーサーで強調表示され、UV光の下で青く光り、UVトレーサーのない上層は黒色です。体積流量が低すぎると、移動接触ワイヤーが不安定になり、リポバッテリーのスラリーに空気が混入します。
これらの物質はリポバッテリーのコーティングに気泡や筋として現れます。逆に、体積流量が高すぎると、液体がコーティング方向に押し出され、リポバッテリーのコーティングに混合筋が生じます。

リポバッテリーコーティングの安定性に影響を与える2つの要因

リポバッテリーのコーティングの安定性を調査するために、異なるコーティング速度と湿膜厚さのリポバッテリーの各コーティング条件を評価し、欠陥なし、下限、上限の3つのカテゴリに分類しました。欠陥のないコーティングと欠陥のあるコーティングの間の領域をコーティングウィンドウと呼びます。
1) リポバッテリーの異なる塗布速度
塗布バックロール間127μmギャップでの塗布安定性：0.5 m/minで欠陥安定塗布の最小湿膜厚は87μm、速度を20 m/minに上げると厚さは90μmに増加し、1 m/minでピーク値となります。
2) リポバッテリーの異なる湿膜厚
0.5 m/minで膨らみ拡大前の最大湿膜厚は147μmで、20 m/minでは133μmに減少しました。欠陥は安定限界間の安定塗布領域にあり、湿膜厚は欠陥なしに変動可能です。これらの安定限界間では層間混合は発生しません。欠陥のある二層膜の最小湿膜厚は単層より高いことがわかり、20 m/minの塗布速度では単層が64μm、二層が90μmです。

大きいギャップが420μmの場合、リポバッテリー欠陥湿膜厚の下限は300μmです。湿膜厚の上限は0.5 m/minで510μm、20 m/minで450μmです。リポバッテリー二層湿膜の最小湿膜厚も単層より著しく高いです。これは上流メニスカスの流れ条件によるものです。ポアズイユ流の重ね合わせなしにギャップ内でクエット流が形成されると、シミュレーションされた圧力バランスはほぼ均衡します。
これはリポバッテリー湿膜厚が単層塗布のギャップの半分の場合です。二層塗布では、本研究で対応する湿膜厚の50％が決定的でした。
リポバッテリー二層スロットダイの場合、この流れは単層スロットダイの流れとは異なり、二層スロットダイの二つの供給ポートによって二つの流体流が生成されます。
最小湿膜厚のリポバッテリー安定化塗布では、クエット流とポアズイユ流が複数層で重なり合い、より高いリポバッテリー湿膜厚をもたらします。

リポバッテリーの空気巻き込みおよび膨潤の提案された故障モードに加えて、リポバッテリーの二層混合塗布欠陥も存在します。UV活性マーカーは提案された実験セットアップによって可視化され、一層の混合（二層の混合、リポバッテリーの下層はUVトレーサー付きの青色、上層は無色の黒で光学的に検出可能）が確認されました。

リポバッテリースロットダイが混合される3つのプロセスポイント

実験的に決定された混合プロセスポイントは、空気浸入の最小湿膜厚よりも下にあるため、非常に低いリポバッテリー塗布速度の0.2および0.5 m/minでのみ、リポバッテリー混合の故障モードが観察されます。1 m/min以上の塗布速度および最小湿膜厚以上では混合は検出されませんでした。混合は、塗布されたビーズ内の逆流とそれに伴う激しい渦巻きによって引き起こされます。

文献によると、リポバッテリーの破損モードはプライマーの層厚がバックロールギャップの3分の1未満の場合に発生します。本研究で使用したリポバッテリーコーティングでは、トップコートとベースコートの厚さ比率は50%であり、これによりクリティカルな底層厚さは関連速度範囲の最小湿膜厚を大幅に下回り、リポバッテリー複合材は本実験のプロセスウィンドウ外にありました。

4 リポバッテリーコーティングの剥離強度分析

リポバッテリーの剥離強度は、フォイルとドレッシング間の結合効果をよく表し、接着剤の移動も間接的に観察できます。リポバッテリーのベースコートとトップコートの異なる配合における付着性：付着性は主に集電フォイル近傍のSBR含有量によって決まり、その比率が大きいほど付着性も大きくなります。
リポバッテリーフォイル上のSBR含有量を直接2倍にすると、付着性も約2倍に増加し、3.7 wt% SBRで23 N/mから7.4 wt% SBRの単層で44 N/mになりました。これはリポバッテリーの単層および二層の両方で明らかです。

単層コーティングの均一なバインダー分布による付着性は二層コーティングと同等に高いです。リポバッテリーの二層コーティングでは、ベースコートは単層と同じバインダー含有量ですが、トップコートはバインダーが大幅に少なく、B1（SBR 4.97%）1+B2（SBR 2.49%）の付着性は、A（SBR 3.73%）に対してC1（SBR 7.46%）+ C2（SBR 0%）で43.5%増加しました。したがって、SBRバインダーの勾配を持つリポバッテリーコーティング電極は、付着性に悪影響を与えることなく総バインダー含有量を大幅に削減できます。

5 リポバッテリーの電気性能分析

レートが1C未満の場合、単層コーティングと二層コーティングの容量に差はありません。高レートでは、二層コーティングのリポバッテリーがより高い容量を放出でき、C1+C2が高レートで最も高い容量を示します。サイクル性能に関しては、1200サイクル時にA+Aの残容量は87.7%、B1+B2は87.6%、C1+C2は89.1%です。

リポバッテリーの多層電極の高い付着性は長期的な安定性に寄与します。単層コーティングと比較して、リポバッテリーの二層電極は放電容量が最大11.0%高く、サイクル性能においてもわずかに優れた結果を示します。
上記はリポバッテリー製造業者によるリポバッテリーコーティングの全内容です。この記事がリポバッテリーについての理解を深める助けになれば幸いです。リチウム電池に関する詳細は、以下をご覧ください。
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