Mapa de defeitos internos das células do enrolamento da bateria de lítio

Mapa de defeitos internos das células do enrolamento da bateria de lítio

O enrolamento é um processo chave no processo de fabricação de baterias de íons de lítio, que reúne placas de eletrodos positivos e negativos e separadores. Se ocorrerem produtos defeituosos, todo o núcleo da bobina, incluindo placas de eletrodos positivos e negativos e separadores, será desperdiçado. A taxa de rendimento tem um impacto significativo no custo de fabricação da bateria e também afeta o desempenho e a segurança da bateria.

Geralmente, os mapas de defeitos internos comuns do núcleo da bobina são mostrados na figura a seguir, e cada mapa inclui a placa do eletrodo positivo, o diafragma e a placa do eletrodo negativo.

Figura 1 Mapa de defeitos internos do núcleo da bobina

Dentre eles, a primeira linha (a) é um padrão normal sem defeitos internos.

A terceira foto da segunda linha (b) mostra uma deformação por flexão da placa do eletrodo, que pode ser devido à tensão não ser bem controlada no processo de enrolamento e à placa do eletrodo estar dobrada. Este defeito pode causar um grande número de rugas no eletrodo da bateria durante repetidas expansões e contrações durante a carga e descarga, limitando a utilização da capacidade e pode levar a problemas como precipitação de lítio.

O defeito na terceira linha (c) é a presença de objetos metálicos estranhos no diafragma, que podem ter sido introduzidos durante a preparação do eletrodo ou processos de transporte, como laminação de eletrodo, corte e outros processos. Também é possível que as sobras de folha geradas pelo corte das peças polares do processo de enrolamento. Objetos estranhos de metal podem causar microcurtos-circuitos dentro da bateria, causar autodescarga grave e representar riscos à segurança. Os métodos gerais de detecção incluem principalmente testes de resistência de tensão do isolamento do núcleo da bateria, monitoramento de envelhecimento em alta temperatura e julgamento de valor k de autodescarga de produtos não qualificados.

O principal problema com a quarta linha (d) é o revestimento irregular, incluindo duas espessuras diferentes das superfícies positivas e negativas, e nenhum revestimento num dos lados. Este defeito é causado principalmente pelo processo de revestimento ou pelo desprendimento do revestimento durante o processo de preparação do eletrodo. Geralmente, a detecção CCD é configurada para processos de laminação e corte de placas polares, e placas polares defeituosas são marcadas para remover produtos defeituosos durante o processo de enrolamento. No entanto, não há garantia de eliminação de 100% dos produtos defeituosos. Se esta situação ocorrer, a capacidade da bateria é perdida e há uma incompatibilidade entre a capacidade positiva e negativa do eletrodo, o que leva à precipitação de lítio e outros problemas.

O defeito na quinta linha (e) é a presença de objetos estranhos não metálicos, como poeira, em seu interior. Embora esta situação não seja tão prejudicial quanto os objetos estranhos de metal, ela também pode afetar o desempenho da bateria. Quando o tamanho é relativamente grande, também pode causar rachaduras no diafragma e microcurtos-circuitos entre os pólos positivo e negativo.

O método para obter o gráfico acima é o seguinte: incorporar todo o núcleo da bobina na resina epóxi adesiva A e B e solidificar para manter as características estruturais internas do núcleo da bobina. Corte a seção transversal, lixe com lixa, dê polimento para fazer uma amostra e observe em microscopia eletrônica de varredura. Obtive um grande número de fotos e identifiquei esses padrões de defeitos.

Figura 2 Processo de observação da microestrutura central


Além disso, pode haver quebra do pólo nos cantos da célula enrolada, conforme mostrado na Figura 3. A peça polar é muito frágil e tem uma grande espessura, o que é particularmente propenso a fraturas.

O acima é o mapa de defeitos internos do núcleo da bobina.