Погане відшарування негативного електрода літій-полімерної батареї: покращено подвійним покриттям

Коли акумулятор Lipo покривається та висихає, клей переміщується на поверхню через капілярні сили, і зі збільшенням швидкості нанесення та товщини покриття акумулятора Lipo міграція клею під час сушіння стає більш інтенсивною, що додатково послаблює зв’язування та збір. Адгезія між рідинами негативно впливає на продуктивність акумулятора Lipo. Щоб вирішити цю проблему, з’явилася технологія подвійного покриття акумулятора Lipo. Через багатошарове покриття праймер компенсується високим вмістом SBR.

У дослідженні шляхом комбінування двох суспензій акумулятора Lipo з різним вмістом SBR суспензія з градієнтним зв’язуючим SBR була нанесена подвійним шаром. Всі електроди акумулятора Lipo складаються з мідної фольги з нижнім шаром товщиною 50% та верхнім шаром товщиною 50%, три двошарові конфігурації (A+A, B1+B2 та C1+C2), одночасно з відповідними суспензіями був підготовлений одношаровий електрод акумулятора Lipo як порівняльна референція.
Для процесу подвійного покриття акумулятора Lipo можуть виникнути три проблеми: (1) проникнення повітря; (2) поздовжні смуги; (3) змішування верхнього та нижнього шарів. Далі CNHL lipos, виробник акумуляторів Lipo, детально представить зміст покриття акумулятора Lipo.

1 Дефект покриття акумулятора Lipo

Відповідний вигляд бісеру покриття акумулятора Lipo та верхньої плівки покриття, включаючи стабілізуюче покриття акумулятора Lipo, дефекти покриття через захоплення повітря та дефекти покриття через здуття.
Нижній шар акумулятора Lipo підсвічується ультрафіолетовим (UV) трасером, який світиться синім під UV-світлом, а верхній шар без UV-трасера чорний. Якщо об'ємний потік занадто низький, рухомий контактний дріт стає нестабільним і вводить повітря в суспензію акумулятора Lipo.
Ці речовини проявляються у вигляді бульбашок або смуг у покритті акумулятора Lipo. Навпаки, якщо об'ємний потік занадто високий, рідина виштовхується з покриття в напрямку нанесення, що призводить до змішаних смуг у покритті акумулятора Lipo.

2 Фактори, що впливають на стабільність покриття акумулятора Lipo

Для вивчення стабільності покриттів акумуляторів Lipo було оцінено кожен стан покриття акумулятора Lipo з різною швидкістю нанесення та товщиною мокрої плівки, і класифіковано на три категорії: без дефектів, нижня межа та верхня межа. Область між покриттям без дефектів і покриттям з дефектами називається вікном покриття.
1) Різні швидкості нанесення покриття акумулятора Lipo
Стабільність покриття при зазорі 127 мкм між задніми валками нанесення: при 0,5 м/хв мінімальна товщина мокрої плівки для стабільного покриття без дефектів становить 87 мкм, при збільшенні швидкості до 20 м/хв товщина зростає до 90 мкм, при 1 м/хв досягається пікове значення.
2) Різна товщина мокрої плівки акумулятора Lipo
При 0,5 м/хв максимальна товщина мокрої плівки перед розширенням випуклості становила 147 мкм, що зменшилася до 133 мкм при 20 м/хв. Дефекти знаходяться в стабільній зоні покриття між межами стабільності, і товщина мокрої плівки може варіюватися без дефектів покриття. Між цими межами стабільності не відбувається змішування шарів. Можна побачити, що мінімальна товщина мокрої плівки дефектної двошарової плівки вища, ніж одношарової: при швидкості нанесення 20 м/хв одношаровий шар має 64 мкм, а двошаровий — 90 мкм.

Коли більший зазор становить 420 мкм, нижня межа товщини мокрої плівки дефекту акумулятора Lipo дорівнює 300 мкм. Верхня межа товщини мокрої плівки становить 510 мкм при 0,5 м/хв і 450 мкм при 20 м/хв. Мінімальна товщина мокрої плівки двошарового покриття акумулятора Lipo також значно вища, ніж у одношарового. Це спричинено умовами потоку в верхньому меніску. Якщо в зазорі формується потік Couette без накладання потоку Пуазейля, симульований баланс тиску приблизно збалансований.
Це випадок, коли товщина мокрої плівки акумулятора Lipo становить половину зазору одношарового покриття. Для двошарового покриття в цьому дослідженні вирішальним було 50% відповідної товщини мокрої плівки.
У випадку двошарової слот-дюзи акумулятора Lipo цей потік відрізняється від потоку в одношаровій слот-дюзі, де створюються два потоки рідини через два вхідні отвори двошарової слот-дюзи.
Для стабілізуючих покриттів акумулятора Lipo з мінімальною товщиною мокрої плівки в кількох шарах накладаються потоки Couette та Poi cloud, що призводить до більшої товщини мокрої плівки акумулятора Lipo.

Окрім запропонованих режимів відмови проникнення повітря та набрякання акумулятора Lipo, існують також дефекти двошарового змішаного покриття акумулятора Lipo. УФ-активні маркери були візуалізовані за допомогою запропонованої експериментальної установки, і спостерігався один шар змішування (суміш двох шарів, нижній шар акумулятора Lipo був синім з УФ-трейсером, а верхній шар акумулятора Lipo був непігментованим чорним, що можна виявити оптично)

3 точки процесу, де відбувається змішування слот-дюзи акумулятора Lipo

Експериментально визначена точка процесу змішування знаходиться нижче мінімальної товщини мокрої плівки для проникнення повітря, тому режим відмови змішування акумулятора Lipo можна спостерігати лише при дуже низьких швидкостях нанесення покриття 0,2 та 0,5 м/хв. Змішування не виявлено при швидкостях нанесення покриття понад 1 м/хв і вище мінімальної товщини мокрої плівки. Змішування спричинене зворотним потоком всередині покритих бусинок і виникаючим інтенсивним завихренням.

Література вказує, що режим відмови акумулятора Lipo виникає, коли товщина шару ґрунтовки менша за третину зазору заднього валика. Для покриттів акумулятора Lipo, використаних у цьому дослідженні, співвідношення товщини верхнього та базового шару становило 50%, що призвело до критичної товщини нижнього шару значно нижчої за мінімальну товщину мокрого шару в відповідному діапазоні швидкостей, тому компаунд акумулятора Lipo знаходився поза технологічним вікном цього експерименту.

4 Аналіз міцності на відшарування покриття акумулятора Lipo

Міцність на відшарування акумулятора Lipo добре характеризує ефект зчеплення між фользою та покриттям, а також може опосередковано спостерігати міграцію клею. Адгезія при різних рецептурах базового та верхнього покриття акумулятора Lipo: адгезія головним чином визначається вмістом SBR біля збірної фольги, чим більший цей показник, тим вища адгезія.
Подвоєння вмісту SBR безпосередньо на фользі акумулятора Lipo також приблизно вдвічі збільшило адгезію — з 23 Н/м при 3,7% мас. SBR до 44 Н/м для одношарового покриття з 7,4% мас. SBR. Це помітно як для одношарових, так і для двошарових покриттів акумулятора Lipo.

Адгезія з рівномірним розподілом зв'язуючого для одношарового покриття така ж висока, як і для двошарового. Для двошарового покриття акумулятора Lipo базове покриття має той самий вміст зв'язуючого, що й одношарове, тоді як верхнє покриття містить значно менше зв'язуючого, B1 (SBR 4,97%) 1+B2 (SBR 2,49%). Адгезія C1 (SBR 7,46%) + C2 (SBR 0%) збільшилася на 43,5% відносно A (SBR 3,73%). Тому електроди з покриттям акумулятора Lipo зі градієнтами зв'язуючого SBR можуть значно знизити загальний вміст зв'язуючого без негативного впливу на адгезію.

5 Аналіз електричних характеристик акумулятора Lipo

Коли швидкість менша за 1C, різниці в ємності між одношаровим і двошаровим покриттям немає. При вищих швидкостях акумулятор Lipo з двошаровим покриттям може забезпечити вищу ємність, а C1+C2 має найвищу ємність при високих швидкостях. Щодо циклічної продуктивності, при 1200 циклах залишкова ємність A+A становить 87,7%, B1+B2 — 87,6%, а C1+C2 — 89,1%.

Вища адгезія багатошарових електродів акумулятора Lipo сприяє довгостроковій стабільності. У порівнянні з одношаровим покриттям, двошаровий електрод акумулятора Lipo має вищу розрядну ємність до 11,0% і демонструє трохи кращі результати щодо циклічної продуктивності.
Вищенаведене є повним змістом покриття акумулятора Lipo, представленого виробниками акумуляторів Lipo. Сподіваюся, ця стаття допоможе вам дізнатися більше про акумулятор Lipo. Для отримання додаткової інформації про літієві акумулятори, будь ласка, прочитайте наступне:
1s lipo батарея дизайн N/P співвідношення
Яка ключова проблема з надшвидкою зарядкою акумулятора power 2s lipo?