Interne defectkaart van wikkelcellen van lithiumbatterijen

Interne defectkaart van wikkelcellen van lithiumbatterijen

Het wikkelen is een belangrijk proces in het productieproces van lithium-ionbatterijen, waarbij positieve en negatieve elektrodeplaten en scheiders aan elkaar worden gemonteerd. Als er defecte producten optreden, gaat de gehele spoelkern, inclusief positieve en negatieve elektrodeplaten en scheiders, verloren. Het opbrengstpercentage heeft een aanzienlijke invloed op de productiekosten van de batterij en heeft ook invloed op de prestaties en veiligheid van de batterij.

Over het algemeen worden de algemene interne defectkaarten van de spoelkern weergegeven in de volgende afbeelding, en elke kaart omvat de positieve elektrodeplaat, het diafragma en de negatieve elektrodeplaat.

Figuur 1 Interne defectkaart van spoelkern

Onder hen is de eerste rij (a) een normaal patroon zonder interne defecten.

De derde foto in de tweede rij (b) toont een buigvervorming van de elektrodeplaat, die mogelijk te wijten is aan het feit dat de spanning tijdens het wikkelproces niet goed onder controle is en dat de elektrodeplaat gebogen is. Dit defect kan een groot aantal rimpels in de batterijelektrode veroorzaken tijdens herhaaldelijk uitzetten en samentrekken tijdens het opladen en ontladen, waardoor de benutting van de capaciteit wordt beperkt, en kan leiden tot problemen zoals lithiumneerslag.

Het defect in de derde rij (c) is de aanwezigheid van vreemde metalen voorwerpen op het diafragma, die mogelijk zijn geïntroduceerd tijdens de voorbereiding van de elektrode of transportprocessen, zoals het rollen, snijden en andere processen van de elektrode. Ook is het mogelijk dat de folieresten die ontstaan ​​bij het afsnijden van het wikkelproces in paaltjes terechtkomen. Vreemde metalen voorwerpen kunnen microkortsluitingen in de batterij veroorzaken, ernstige zelfontlading veroorzaken en veiligheidsrisico's met zich meebrengen. De algemene detectiemethoden omvatten voornamelijk het testen van de spanningsweerstand van de isolatie van de batterijkern, het monitoren van veroudering bij hoge temperaturen en het beoordelen van de k-waarde van zelfontlading van niet-gekwalificeerde producten.

Het belangrijkste probleem met de vierde rij (d) is de ongelijkmatige coating, waaronder twee verschillende diktes van de positieve en negatieve oppervlakken, en geen coating aan één kant. Dit defect wordt voornamelijk veroorzaakt door het coatingproces of het loslaten van de coating tijdens het voorbereidingsproces van de elektrode. Over het algemeen wordt CCD-detectie ingesteld voor rol- en snijprocessen van poolplaten, en defecte poolplaten worden gemarkeerd om defecte producten tijdens het wikkelproces te verwijderen. Er is echter geen garantie voor 100% eliminatie van defecte producten. Als deze situatie zich voordoet, gaat de batterijcapaciteit verloren en is er een discrepantie tussen de positieve en negatieve elektrodecapaciteit, wat leidt tot lithiumneerslag en andere problemen.

Het defect in de vijfde rij (e) is de aanwezigheid van niet-metalen vreemde voorwerpen zoals stof erin. Hoewel deze situatie niet zo schadelijk is als vreemde voorwerpen van metaal, kan deze ook de prestaties van de batterij beïnvloeden. Wanneer de afmeting relatief groot is, kan dit ook leiden tot diafragmascheuren en microkortsluitingen tussen de positieve en negatieve polen.

De methode voor het verkrijgen van de bovenstaande grafiek is als volgt: bed de gehele spoelkern in in zelfklevende epoxyhars A en B en laat deze stollen om de interne structurele kenmerken van de spoelkern te behouden. Snij de dwarsdoorsnede uit, schuur hem met schuurpapier, polijst hem tot een monster en observeer hem met behulp van scanning-elektronenmicroscopie. Een groot aantal foto's verkregen en deze defectpatronen geïdentificeerd.

Figuur 2 Observatieproces van de kernmicrostructuur


Bovendien kan er sprake zijn van poolbreuk bij de hoeken van de wondcel, zoals weergegeven in figuur 3. Het poolstuk is te bros en heeft een grote dikte, wat bijzonder gevoelig is voor breuken.

Het bovenstaande is de interne defectkaart van de spoelkern.