نقشه نقص داخلی سلول های سیم پیچ باتری لیتیومی

نقشه نقص داخلی سلول های سیم پیچ باتری لیتیومی

سیم پیچی یک فرآیند کلیدی در فرآیند تولید باتری های لیتیوم یونی است که صفحات الکترود مثبت و منفی و جداکننده ها را با هم جمع می کند. در صورت بروز محصولات معیوب، کل هسته سیم پیچ، از جمله صفحات الکترود مثبت و منفی و جداکننده ها، هدر می رود. نرخ بازده تاثیر قابل توجهی بر هزینه ساخت باتری دارد و همچنین بر عملکرد و ایمنی باتری تاثیر می گذارد.

به طور کلی، نقشه های رایج عیب داخلی هسته سیم پیچ در شکل زیر نشان داده شده است و هر نقشه شامل صفحه الکترود مثبت، دیافراگم و صفحه الکترود منفی است.

شکل 1 نقشه عیوب داخلی هسته سیم پیچ

در میان آنها، ردیف اول (الف) یک الگوی معمولی و بدون نقص داخلی است.

عکس سوم در ردیف دوم (ب) تغییر شکل خمشی صفحه الکترود را نشان می دهد که ممکن است به دلیل عدم کنترل کشش در فرآیند سیم پیچی و خم شدن صفحه الکترود باشد. این نقص می تواند باعث ایجاد تعداد زیادی چین و چروک در الکترود باتری در حین انبساط و انقباض مکرر در هنگام شارژ و دشارژ شود، استفاده از ظرفیت را محدود می کند و ممکن است منجر به مشکلاتی مانند بارش لیتیوم شود.

نقص در ردیف سوم (c) وجود اجسام خارجی فلزی روی دیافراگم است که ممکن است در طی فرآیندهای آماده سازی یا حمل و نقل الکترود مانند نورد الکترود، برش و سایر فرآیندها وارد شده باشند. همچنین ممکن است که ضایعات فویل در اثر برش قطعات قطب فرآیند سیم پیچی ایجاد شود. اجسام خارجی فلزی می توانند باعث اتصال کوتاه میکرو در داخل باتری، تخلیه شدید خود و ایجاد خطرات ایمنی شوند. روش‌های تشخیص عمومی عمدتاً شامل تست مقاومت ولتاژ عایق هسته باتری، نظارت بر پیری در دمای بالا و قضاوت ارزش k-دشارژ محصولات غیرمجاز است.

مشکل اصلی ردیف چهارم (d) پوشش ناهموار شامل دو ضخامت مختلف سطوح مثبت و منفی و عدم پوشش در یک طرف است. این نقص عمدتاً ناشی از فرآیند پوشش یا جدا شدن پوشش در طول فرآیند آماده سازی الکترود است. به طور کلی، تشخیص CCD برای فرآیندهای نورد و برش صفحه قطب تنظیم می شود و صفحات قطب معیوب برای حذف محصولات معیوب در طول فرآیند سیم پیچی علامت گذاری می شوند. با این حال، هیچ تضمینی برای حذف 100٪ محصولات معیوب وجود ندارد. اگر این وضعیت رخ دهد، ظرفیت باتری از بین می رود و بین ظرفیت الکترود مثبت و منفی عدم تطابق وجود دارد که منجر به بارش لیتیوم و مسائل دیگر می شود.

نقص در ردیف پنجم (ه) وجود اجسام خارجی غیرفلزی مانند گرد و غبار در داخل آن است. اگرچه این وضعیت به اندازه اجسام خارجی فلزی مضر نیست، اما می تواند بر عملکرد باتری نیز تأثیر بگذارد. هنگامی که اندازه نسبتاً بزرگ باشد، ممکن است منجر به ترک دیافراگم و اتصال کوتاه بین قطب مثبت و منفی شود.

روش به دست آوردن نمودار فوق به شرح زیر است: کل هسته سیم پیچ را در رزین اپوکسی چسب A و B قرار دهید و برای حفظ ویژگی های ساختاری داخلی هسته سیم پیچ جامد کنید. سطح مقطع را برش دهید، آن را با کاغذ سنباده آسیاب کنید، آن را صیقل دهید تا نمونه بسازید و با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی آن را مشاهده کنید. تعداد زیادی عکس به دست آورد و این الگوهای نقص را شناسایی کرد.

شکل 2 فرآیند مشاهده ریزساختار هسته


علاوه بر این، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، ممکن است در گوشه های سلول زخم شکستگی قطب وجود داشته باشد.

در بالا نقشه نقص داخلی هسته سیم پیچ است.