Beschichtungsprozess von Lithiumbatterien: Hauptursachen für A&B-Oberflächenfehlstellungen und entsprechende Verbesserungsmaßnahmen

Während des Beschichtungsprozesses von Lithiumbatterien ist die Fehlausrichtung der A- und B-Oberflächen ein kritisches, aber oft übersehenes Problem, das sich direkt auf die Kapazität, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie auswirkt. Diese Fehlausrichtung äußert sich in Abweichungen in den Beschichtungsbereichen oder einer ungleichmäßigen Dicke zwischen Vorder- und Rückseite und kann zu Risiken wie Lithiumablagerungen und Elektrodenblattbrüchen führen. Dieser Artikel analysiert die vielfältigen Ursachen in Bezug auf Ausrüstung, Prozess, Material und andere Aspekte und stellt wichtige Verbesserungsmaßnahmen zur Erhöhung der Batteriequalitätskonsistenz vor.

1. Hauptursachen für eine Fehlausrichtung der A&B-Oberfläche

1.1Ausrüstungsfaktoren

Unzureichende Einbaugenauigkeit der Stützwalze/Beschichtungswalze: Horizontale Abweichung, koaxialer Versatz oder Einbaufehler führen zu einer Beschichtungsverschiebung.

Positionierungsfehler des Beschichtungskopfes: Unzureichende Genauigkeit des Encoders/Gitterlineals oder Drift des Sensorsignals.

Abnormale Spannungskontrolle: Ungleichmäßige Spannung beim Abwickeln/Aufspulen führt zu einer Dehnung, Verformung oder Faltenbildung der Folie.

1.2 Wesentliche Faktoren

Ungleichmäßige Duktilität: Schwankungen in der Foliendehnbarkeit führen zum Verlust der Kontrolle über den Beschichtungsspalt.

Unzureichende Oberflächenbehandlung: Oberflächenoxide beeinträchtigen die Pastenhaftung und verursachen indirekt Positionsabweichungen.

1.3 Güllefaktoren

Übermäßige Viskosität: Eine schlechte Nivellierung führt zur Ansammlung von Schlamm und zu Fehlausrichtungen.

Signifikante Unterschiede in der Oberflächenspannung: Ungleichmäßige Randschrumpfung der A-/B-Seitenschlämme.

1.4Prozessparameter

Unterschiedliche Beschichtungsgeschwindigkeiten: Unterschiedliche Geschwindigkeiten auf beiden Seiten führen zu inkonsistenten Nivellierungsraten.

Inkonsistente Trocknungsbedingungen: Temperaturunterschiede in den Öfen auf der A-/B-Seite führen zu unterschiedlicher Schrumpfung des Substrats.

2 Verbesserungsmaßnahmen

2.1Geräteoptimierung

Kalibrieren Sie regelmäßig die Koaxialität und horizontale Ausrichtung der Beschichtungswalzen und Stützwalzen.

Ersetzen Sie hochpräzise Encoder und Gitterlineale, um einen Positionierungsfehler des Beschichtungskopfes von ≤±0,1 mm sicherzustellen.

Optimieren Sie Spannungsregelsysteme (z. B. PID-Regelung), um Spannungsschwankungen im Substrat von ≤±3 % aufrechtzuerhalten.

2.2 Folienmaterialkontrolle

Wählen Sie Folien mit gleichmäßiger Duktilität (z. B. Kupfer-/Aluminiumfolie mit gleichmäßiger Zugfestigkeit).

Verbessern Sie die Prozesse zur Oberflächenbehandlung von Folien (z. B. Plasmareinigung oder chemische Passivierung).

2.3 Gülleeinstellung

Passen Sie die Viskosität der Aufschlämmung an den optimalen Nivellierungsbereich an (Anode: 10–12 Pa·s; Kathode: 4–5 Pa·s).

Fügen Sie Tenside (z. B. PVP oder SDS) hinzu, um die Unterschiede in der Oberflächenspannung zwischen den Aufschlämmungen der A- und B-Seite auszugleichen.

2.4Prozessparameteroptimierung

Stellen Sie sicher, dass die Beschichtungsgeschwindigkeiten auf der A-/B-Seite konsistent sind und die Geschwindigkeitsabweichung <0,5 m/min beträgt.

Führen Sie eine segmentierte, temperaturgesteuerte Trocknung durch (Niedertemperaturphase zur Spannungsrelaxation, Hochtemperaturphase zur schnellen Aushärtung) und halten Sie dabei einen Temperaturunterschied von ≤ 5 °C ein.

3. Spezifische Verfahren zur Fehlerbehebung

3.1Geräteinspektion

Verwenden Sie ein Laserinterferometer, um die Parallelität zwischen Beschichtungswalzen und Stützwalzen zu erkennen (Fehler ≤ 0,02 mm/m).

Überprüfen Sie die Signalstabilität von Servomotor und Sensor (vermeiden Sie eine Signaldrift von mehr als 0,5 % des Skalenendwerts).

3.2 Folienbewertung

Probenprüfung auf Folienduktilität (Abweichung der Bruchdehnung innerhalb von ±5 %).

SEM-Beobachtung der Mikroporen/Oxidschichtdicke der Folienoberfläche (muss <50 nm sein).

3.3 Schlammprüfung

Rheometer zur Messung der A/B-seitigen Aufschlämmungsviskosität und des Thixotropieindex (Differenz der thixotropen Schleifenfläche < 5 %).

Oberflächentensiometer zum Messen der Differenz zwischen zwei Seiten (muss <2 mN/m sein).

3.4Prozessüberwachung

Online-Laserdickenmesssystem zur Echtzeitüberwachung der Beschichtungsdicke (Dickenschwankung CV ≤1 %).

Röntgenmessung der Flächendichte nach dem Trocknen (Querkonsistenzabweichung < 2 %).

Schlussfolgerung: Durch die Implementierung einer Gerätekalibrierung, Materialprüfung, Schlammoptimierung und eines geschlossenen Prozessparametermanagements kann die A&B-Oberflächenfehlstellung auf einen Wert von ≤0,5 mm begrenzt werden, wodurch eine gleichbleibende Zellkapazität und Sicherheit gewährleistet wird.