Плохое отслаивание отрицательного электрода литий-полимерного аккумулятора: улучшено за счет двойного покрытия

При нанесении и сушке аккумулятора Lipo клей мигрирует на поверхность из-за капиллярных сил, и по мере увеличения скорости нанесения и толщины покрытия миграция клея становится более выраженной в процессе сушки, что дополнительно ослабляет связывание и сцепление между жидкостями, негативно влияя на характеристики аккумулятора Lipo. Для решения этой проблемы была разработана технология двухслойного покрытия аккумулятора Lipo. Через многослойное покрытие грунтовка компенсируется высоким содержанием SBR.

В исследовании, комбинируя две суспензии аккумулятора Lipo с разным содержанием SBR, была выполнена двойная окраска суспензии с градиентным связующим SBR. Все электроды аккумулятора Lipo состоят из медной фольги с нижним слоем толщиной 50% и верхним слоем толщиной 50%, три двухслойные конфигурации (A+A, B1+B2 и C1+C2), одновременно с соответствующими суспензиями был подготовлен односоставной электрод аккумулятора Lipo в качестве сравнительной ссылки.
Для процесса двухслойного покрытия аккумулятора Lipo могут возникнуть три проблемы: (1) проникновение воздуха; (2) продольные полосы; (3) смешение верхнего и нижнего слоев. Далее CNHL lipos, производитель аккумуляторов Lipo, подробно представит содержание покрытия аккумулятора Lipo.

1 Дефект покрытия аккумулятора Lipo

Соответствующий вид бобины покрытия аккумулятора Lipo и верхнего слоя покрытия, включая стабилизирующее покрытие аккумулятора Lipo, дефекты покрытия с захватом воздуха и дефекты выпуклости покрытия
Нижний слой аккумулятора Lipo подсвечивается ультрафиолетовым (УФ) трассером, который светится синим под УФ-светом, а верхний слой без УФ-трассера черный. Если объемный поток слишком низкий, движущийся контактный провод становится нестабильным и вводит воздух в суспензию аккумулятора Lipo.
Эти вещества проявляются в виде пузырьков или полос на покрытии аккумулятора Lipo. Напротив, если объемный расход слишком высок, жидкость выталкивается из покрытия в направлении нанесения, что приводит к смешанным полосам на покрытии аккумулятора Lipo.

2 Фактора, влияющих на стабильность покрытия аккумулятора Lipo

Для изучения стабильности покрытий аккумуляторов Lipo была оценена каждая условие покрытия аккумулятора Lipo с разными скоростями нанесения и толщинами влажной пленки и классифицирована на три категории: без дефектов, нижний предел и верхний предел. Область между покрытием без дефектов и покрытием с дефектами называется окном покрытия.
1) Разные скорости нанесения покрытия Lipo battery
Стабильность покрытия при зазоре 127 мкм между задними валиками покрытия: при 0,5 м/мин минимальная толщина влажной плёнки для стабильного покрытия без дефектов составляет 87 мкм, при увеличении скорости до 20 м/мин толщина увеличивается до 90 мкм, при 1 м/мин достигается пиковое значение.
2) Разная толщина влажной плёнки Lipo battery
При 0,5 м/мин максимальная толщина влажной плёнки перед расширением выпуклости составляла 147 мкм, что уменьшилось до 133 мкм при 20 м/мин. Дефекты находятся в стабильной зоне покрытия между пределами стабильности, и толщина влажной плёнки может варьироваться без дефектов покрытия. Между этими пределами стабильности смешивание слоёв не происходит. Видно, что минимальная толщина влажной плёнки дефектной двухслойной плёнки выше, чем у однослойной: при скорости нанесения 20 м/мин однослойная — 64 мкм, двухслойная — 90 мкм.

Когда больший зазор составляет 420 мкм, нижний предел толщины влажной плёнки дефекта Lipo battery равен 300 мкм. Верхний предел толщины влажной плёнки составляет 510 мкм при 0,5 м/мин и 450 мкм при 20 м/мин. Минимальная толщина влажной плёнки двухслойного покрытия Lipo battery также значительно выше, чем у однослойного. Это вызвано условиями потока в верхнем мениске. Если в зазоре формируется поток Couette без наложения потока Пуазейля, смоделированный баланс давления примерно уравновешен.
Это случай, когда толщина влажной плёнки Lipo battery составляет половину зазора однослойного покрытия. Для двухслойного покрытия в этом исследовании решающей была 50% соответствующей толщины влажной плёнки.
В случае двухслойного щелевого сопла Lipo battery этот поток отличается от потока в однослойном щелевом сопле, где создаются два потока жидкости из-за двух подающих портов двухслойного щелевого сопла.
Для стабилизирующих покрытий Lipo battery с минимальной толщиной влажной плёнки в нескольких слоях накладываются потоки Couette и Poi cloud, что приводит к увеличению толщины влажной плёнки Lipo battery.

Помимо предложенных режимов отказа Lipo battery, таких как захват воздуха и вздутие, существуют также дефекты двухслойного смешанного покрытия Lipo battery. УФ-активные маркеры были визуализированы с помощью предложенной экспериментальной установки, и наблюдался один слой смешивания (смесь двух слоёв: нижний слой Lipo battery был синим с УФ-трейсером, а верхний слой Lipo battery был непигментированным чёрным, что можно было обнаружить оптически)

3 точки процесса, где происходит смешивание Lipo battery в щелевом сопле

Экспериментально определённая точка процесса смешивания находится ниже минимальной толщины влажной плёнки для проникновения воздуха, поэтому режим отказа смешивания Lipo battery можно наблюдать только при очень низких скоростях нанесения покрытия 0,2 и 0,5 м/мин. При скоростях нанесения выше 1 м/мин и выше минимальной толщины влажной плёнки смешивание не обнаружено. Смешивание вызвано обратным потоком внутри покрываемых бусинок и возникающим интенсивным вихревым движением.

Литература указывает, что режим отказа аккумулятора Lipo возникает, когда толщина слоя грунтовки меньше одной трети зазора обратного валика. Для покрытий аккумулятора Lipo, использованных в этом исследовании, соотношение толщин верхнего и базового слоев составляло 50%, что привело к критической толщине нижнего слоя значительно ниже минимальной толщины влажной пленки в соответствующем диапазоне скоростей, поэтому компаунд аккумулятора Lipo находился вне технологического окна данного эксперимента.

4 Анализ прочности на отрыв покрытия аккумулятора Lipo

Прочность на отрыв аккумулятора Lipo хорошо характеризует сцепление между фольгой и покрытием, а также позволяет косвенно наблюдать миграцию клея. Адгезия при различных составах базового и верхнего слоев аккумулятора Lipo: адгезия в основном определяется содержанием SBR вблизи сборочной фольги — чем выше соотношение, тем выше адгезия.
При удвоении содержания SBR непосредственно на фольге аккумулятора Lipo адгезия также увеличилась примерно вдвое — с 23 Н/м при 3,7 мас.% SBR до 44 Н/м при однослойном покрытии с 7,4 мас.% SBR. Это наблюдается как в однослойных, так и в двухслойных покрытиях аккумулятора Lipo.

Адгезия с равномерным распределением связующего для однослойного покрытия так же высока, как и для двухслойного. Для двухслойного покрытия аккумулятора Lipo базовый слой содержит такое же количество связующего, как и однослойное покрытие, в то время как верхний слой содержит значительно меньше связующего: B1 (SBR 4,97%) + B2 (SBR 2,49%) Адгезия C1 (SBR 7,46%) + C2 (SBR 0%) увеличилась на 43,5% по сравнению с A (SBR 3,73%). Следовательно, электроды с градиентом связующего SBR в покрытии аккумулятора Lipo могут значительно снизить общее содержание связующего без негативного влияния на адгезию.

5 Анализ электрических характеристик аккумулятора Lipo

Когда скорость ниже 1C, разницы в емкости между однослойным и двухслойным покрытием нет. При более высоких скоростях аккумулятор Lipo с двухслойным покрытием может отдавать большую емкость, и C1+C2 имеет наивысшую емкость при высоких скоростях. В плане циклической производительности при 1200 циклах оставшаяся емкость A+A составляет 87,7%, B1+B2 — 87,6%, а C1+C2 — 89,1%.

Более высокая адгезия многослойных электродов аккумулятора Lipo способствует долгосрочной стабильности. По сравнению с однослойным покрытием, двухслойный электрод аккумулятора Lipo имеет более высокую емкость разряда до 11,0% и демонстрирует немного лучшие результаты по циклической производительности.
Выше приведено полное содержание покрытия аккумулятора Lipo, предоставленное производителями аккумуляторов Lipo. Надеюсь, эта статья поможет вам узнать больше об аккумуляторах Lipo. Для получения дополнительной информации о литиевых аккумуляторах, пожалуйста, прочитайте следующее:
конструкция литий-полимерного аккумулятора 1s соотношение N/P
В чем основная проблема сверхбыстрой зарядки аккумулятора power 2s lipo?