Auswirkungen einer Fehlausrichtung der Beschichtungen auf der A- und B-Seite auf die Leistung von Lithiumbatterien

Bei der Herstellung von Lithiumbatterien beeinträchtigt das oft übersehene Problem der Fehlausrichtung der A-/B-seitigen Beschichtung während des Beschichtungsprozesses erheblich die Batteriekapazität, Sicherheit und Lebensdauer. Unter Fehlausrichtung versteht man Inkonsistenzen in der Positionsausrichtung oder Dickenverteilung der Beschichtungen auf Vorder- und Rückseite der Elektroden. Dies kann zu Risiken wie lokaler Lithiumablagerung und mechanischen Schäden an den Elektroden führen.

In diesem Artikel werden die Grundursachen für Fehlausrichtungen aus verschiedenen Perspektiven analysiert, darunter Gerätepräzision, Prozessparametereinstellungen und Materialeigenschaften. Gleichzeitig werden gezielte Optimierungsstrategien vorgeschlagen, die Unternehmen dabei helfen sollen, die Produktkonsistenz und -stabilität zu verbessern.

Ⅰ. Ursachen für eine Fehlausrichtung der A/B-Seite

1. Ausrüstungsfaktoren

Unzureichende Montagegenauigkeit des Walzensystems: Horizontale oder koaxiale Abweichungen bei der Montage von Stützwalzen und Beschichtungswalzen können zu Positionsverschiebungen führen.

Positionierungsfehler des Beschichtungskopfes: Niedrig auflösende Encoder/Gitterlineale oder eine Drift der Sensorrückmeldung führen zu Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der voreingestellten Beschichtungsposition.

Spannungsschwankungen: Eine instabile Abwickel-/Aufwickelspannung führt zu einer Dehnung oder Faltenbildung des Substrats, was die Beschichtungspräzision verringert.

2. Probleme mit dem Substrat (Folie)

Ungleichmäßige Duktilität: Eine ungleichmäßige Folienplastizität erschwert die Spaltkontrolle während der Beschichtung.

Schlechte Oberflächenqualität: Oxidreste schwächen die Haftung der Aufschlämmung und führen zu einer teilweisen Beschichtung oder Fehlausrichtung.

3. Schlammeigenschaften

Hohe Viskosität beeinträchtigt die Nivellierung: Eine schlechte Fließfähigkeit der Aufschlämmung führt zu einer ungleichmäßigen Ansammlung.

Große Unterschiede in der Oberflächenspannung: Ungleichmäßige Randschrumpfung aufgrund von Spannungsunterschieden zwischen Vorder- und Rückseitenbeschichtung.

4. Prozesseinstellungen

Inkonsistente Beschichtungsgeschwindigkeiten: Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Seiten stören die Verteilung der Aufschlämmung.

Schwankungen der Trocknungsbedingungen: Temperaturunterschiede führen zu einer ungleichmäßigen thermischen Schrumpfung und damit zu einer Fehlausrichtung.

II. Vorgeschlagene Lösungen

1. Präzisionsoptimierung der Ausrüstung

Überprüfen Sie regelmäßig die Koaxialität/Ebenheit der Rollen, um Installationsfehler zu vermeiden.

Aktualisieren Sie die Positionierungskomponenten des Beschichtungskopfes (z. B. hochauflösende Encoder), um Abweichungen auf ±0,1 mm zu begrenzen.

Implementieren Sie eine Spannungsregelung mit geschlossenem Regelkreis (z. B. PID-Anpassung), um Spannungsschwankungen unter ±3 % zu halten.

2. Kontrolle der Substratkonsistenz

Wählen Sie hochgleichmäßige Kupfer-/Aluminiumfolien mit stabilen Dehnungseigenschaften.

Setzen Sie fortschrittliche Oberflächenbehandlungen ein (z. B. Plasmareinigung bei niedrigen Temperaturen), um die Gleichmäßigkeit der Schlammhaftung zu verbessern.

3. Anpassung der Gülleleistung

Optimieren Sie die Viskosität (Anode: 10–12 Pa·s; Kathode: 4–5 Pa·s) für eine bessere Nivellierung.

Fügen Sie Tenside (z. B. PVP, SDS) hinzu, um die Oberflächenspannung zwischen den Seiten auszugleichen.

4. Verfeinerung der Prozessparameter

Achten Sie auf die gleiche Beschichtungsgeschwindigkeit auf beiden Seiten (Fehler <0,5 m/min).

Wenden Sie eine segmentierte Temperaturregelung an: Vortrocknen bei niedriger Temperatur zum Spannungsabbau und Aushärten bei hoher Temperatur, mit Gesamttemperaturunterschieden <5 °C.

Ⅲ. Diagnose- und Überwachungsmechanismen

1. Gerätediagnose

Verwenden Sie Laserinterferometer, um die Rollenparallelität zu überprüfen (Fehler <0,02 mm/m).

Überprüfen Sie die Stabilität des Motor-/Sensorsignals, um eine Abweichung von mehr als 0,5 % des Bereichs zu verhindern.

2. Substratbewertung

Prüfung der Bruchdehnung (Abweichung <±5%).

Analysieren Sie die Oberflächenmikrostruktur/Oxidschichten mittels SEM (Dicke <50 nm).

3. Schlammprüfung

Messen Sie Viskosität und Thixotropie mit Rheometern (Differenz der thixotropen Fläche < 5 %).

Stellen Sie mithilfe von Tensiometern sicher, dass die Oberflächenspannungsdifferenz <2 mN/m ist.

4. Online-Prozesskontrolle

Überwachen Sie die Beschichtungsdicke mit Lasersensoren (CV <1 %).

Röntgenprüfung nach dem Trocknen auf Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdichte (laterale Abweichung <2 %).

Abschluss

Durch präzise Gerätekalibrierung, Materialprüfung, Slurry-Optimierung und systematisches Prozessmanagement kann die A/B-seitige Fehlausrichtung auf ≤ 0,5 mm begrenzt werden. Dies verbessert effektiv die Batteriekonsistenz, Sicherheit und Lebensdauer.

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