Mappa dei difetti interni delle celle dell'avvolgimento della batteria al litio

Mappa dei difetti interni delle celle dell'avvolgimento della batteria al litio

L'avvolgimento è un processo chiave nel processo di produzione delle batterie agli ioni di litio, che assembla insieme piastre e separatori di elettrodi positivi e negativi. Se si verificano prodotti difettosi, l'intero nucleo della bobina, comprese le piastre degli elettrodi positivi e negativi e i separatori, viene sprecato. Il tasso di rendimento ha un impatto significativo sul costo di produzione della batteria e influisce anche sulle prestazioni e sulla sicurezza della batteria.

In generale, le mappe dei difetti interni comuni del nucleo della bobina sono mostrate nella figura seguente e ciascuna mappa include la piastra dell'elettrodo positivo, il diaframma e la piastra dell'elettrodo negativo.

Figura 1 Mappa dei difetti interni del nucleo della bobina

Tra questi, la prima riga (a) è un modello normale senza difetti interni.

La terza foto nella seconda fila (b) mostra una deformazione di flessione della piastra dell'elettrodo, che potrebbe essere dovuta al fatto che la tensione non è ben controllata nel processo di avvolgimento e alla piastra dell'elettrodo piegata. Questo difetto può causare un gran numero di increspature nell'elettrodo della batteria durante l'espansione e la contrazione ripetute durante la carica e la scarica, limitando l'utilizzo della capacità e può portare a problemi come la precipitazione del litio.

Il difetto nella terza riga (c) è la presenza di oggetti metallici estranei sul diaframma, che potrebbero essere stati introdotti durante i processi di preparazione o trasporto degli elettrodi, come la laminazione, il taglio e altri processi. È anche possibile che i ritagli di lamina generati dal taglio delle espansioni polari del processo di avvolgimento. Corpi estranei metallici possono causare microcortocircuiti all'interno della batteria, provocare gravi autoscaricamenti e rappresentare rischi per la sicurezza. I metodi di rilevamento generali includono principalmente test di resistenza alla tensione dell'isolamento del nucleo della batteria, monitoraggio dell'invecchiamento ad alta temperatura e valutazione del valore k di autoscarica di prodotti non qualificati.

Il problema principale con la quarta fila (d) è il rivestimento irregolare, inclusi due diversi spessori delle superfici positiva e negativa, e l'assenza di rivestimento su un lato. Questo difetto è causato principalmente dal processo di rivestimento o dal distacco del rivestimento durante il processo di preparazione dell'elettrodo. In genere, il rilevamento CCD viene impostato per i processi di laminazione e taglio delle piastre polari e le piastre polari difettose vengono contrassegnate per rimuovere i prodotti difettosi durante il processo di avvolgimento. Tuttavia, non esiste alcuna garanzia di eliminazione al 100% dei prodotti difettosi. Se si verifica questa situazione, la capacità della batteria viene persa e si verifica una discrepanza tra la capacità dell'elettrodo positivo e quello negativo, che porta alla precipitazione del litio e ad altri problemi.

Il difetto della quinta riga (e) è la presenza di corpi estranei non metallici come polvere all'interno. Sebbene questa situazione non sia dannosa quanto quella dei corpi estranei metallici, può comunque influire sulle prestazioni della batteria. Quando le dimensioni sono relativamente grandi, possono verificarsi anche rotture del diaframma e microcortocircuiti tra i poli positivo e negativo.

Il metodo per ottenere il grafico sopra è il seguente: incorporare l'intero nucleo della bobina nella resina epossidica adesiva A e B e solidificare per mantenere le caratteristiche strutturali interne del nucleo della bobina. Tagliare la sezione trasversale, macinarla con carta vetrata, lucidarla per ottenere un campione e osservarla utilizzando la microscopia elettronica a scansione. Ottenuto un gran numero di foto e identificato questi modelli di difetti.

Figura 2 Processo di osservazione della microstruttura del nucleo


Inoltre, potrebbe verificarsi una rottura del polo agli angoli della cella ferita, come mostrato nella Figura 3. L'espansione polare è troppo fragile e ha uno spessore elevato, che è particolarmente incline alla frattura.

Quanto sopra è la mappa dei difetti interni del nucleo della bobina.