Mängel bei der Beschichtung von Lithium-Ionen-Batterien entstehen durch drei Hauptbestandteile: die Beschichtungsaufschlämmung, das Beschichtungsfenster und den Beschichtungstrocknungsprozess.
Bei der Herstellung der Aufschlämmung führt eine unvollständige Dispersion zu agglomerierten Partikeln; Eine unzureichende Eisenentfernungsfiltration führt zu Metallablagerungen. und eine unvollständige Vakuumentgasung hinterlässt zahlreiche Blasen. Zu den entsprechenden Beschichtungsfehlern gehören Agglomerate, Metallpartikelverunreinigungen, Nadellöcher, Orangenhaut usw.
Beschichtungsprozessparameter (Volumenstrom der Aufschlämmung, Beschichtungsgeschwindigkeit, Schlitzspalt usw.), die das Beschichtungsfenster überschreiten, können zu Lufteinschlüssen, Durchhängen, periodischen horizontalen Streifen und vertikalen Streifen führen. Darüber hinaus können periodische Vibrationen von Förderpumpen, Beschichtungswalzen usw. auch periodische horizontale Streifen erzeugen.
Während des Trocknungsprozesses der Beschichtung können zu hohe Trocknungstemperaturen zu Fehlern wie Bindemittelmigration, dicken Kanten und Rissen führen.
Um eine stabile und gleichmäßige Beschichtung zu bilden, müssen während des Beschichtungsprozesses gleichzeitig folgende Bedingungen erfüllt sein:
① Stabile Schlammeigenschaften, keine Sedimentation, keine Änderungen der Viskosität, des Feststoffgehalts usw.
② Stabile Schlammzuführung sorgt für einen gleichmäßigen und stabilen Fließzustand im Inneren der Matrize.
③ Der Beschichtungsprozess findet innerhalb des Beschichtungsfensters statt und bildet ein stabiles Strömungsfeld zwischen der Düse und der Beschichtungswalze.
④ Stabile Folienbewegung, kein Verrutschen der Bahn, starke Vibrationen oder Falten.
Es gibt zahlreiche Arten von Lackfilmfehlern mit unterschiedlichen Ursachen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Slot-Chip-Beschichtung für Lithium-Ionen-Batterien, analysiert mehrere häufige Fehler und bietet entsprechende Lösungen. Zu den häufigsten Fehlern gehören Punktfehler, Kanteneffekte und gezackte Fehler.
I. Punktmängel
1. Nadellöcher
Definition:Ein Defekt, bei dem aus den Poren des Materials entweichende Luft während des Trocknungsprozesses der Beschichtung Löcher bildet. Blasen im Nassfilm wandern von der Innenschicht zur Filmoberfläche und platzen, wodurch feine Löcher entstehen. Blasen entstehen hauptsächlich durch Rühren, den Transport der Beschichtungsflüssigkeit und den Beschichtungsprozess.
Verbesserungsmaßnahmen:Vakuum anlegen, CMC mit guter Dispergierbarkeit und stabiler Leistung auswählen, Feststoffgehalt, CMC- und SBR-Verhältnis usw. anpassen, Rührgeschwindigkeit und -zeit anpassen.
2. Krater (Schrumpfungsloch)
Definition:Ein Defekt, der durch Flecken mit niedriger Oberflächenspannung auf der Substratoberfläche verursacht wird.
Verursacht durch verschiedene Partikel (Staub, Ölflecken, Metallpartikel usw.). Das Vorhandensein von Fremdpartikeln erzeugt Bereiche mit niedriger Oberflächenspannung im Nassfilm an der Partikeloberfläche. Der Flüssigkeitsfilm wandert radial um die Partikel herum und bildet kraterähnliche Punktdefekte, wie unten gezeigt.
Verbesserungsmaßnahmen:Filtern Sie die Beschichtungsflüssigkeit zur Eisenentfernung, kontrollieren Sie Umgebungsstaub und reinigen Sie die Substratoberfläche.
3. Anodenbeschichtungsblasen
Agglomeratpartikelüberstand:Wenn die Aufschlämmung nicht gleichmäßig gerührt wird und das leitfähige Mittel nicht dispergiert wird und sich Agglomerate bilden, tritt diese Art von Defekt auf. Wie unten gezeigt, erscheinen große Bereiche mit Vorsprüngen auf der Elektrodenoberfläche. Die Betrachtung dieser Bereiche unter Vergrößerung zeigt, dass es sich um Agglomerate des leitfähigen Wirkstoffs handelt.
Verbesserungsmaßnahmen:Verbessern Sie den Rührprozess der Aufschlämmung, um sie zu beseitigen.
4. Orangenschale
Definition:Ein Oberflächenfehler, bei dem die Beschichtung der Textur einer Orangenschale ähnelt.
Ursachen:Während des Beschichtens entstehen durch die Verdunstung des Lösungsmittels Temperaturunterschiede in verschiedenen Bereichen, wodurch ein Konzentrationsunterschied zwischen der oberen und unteren Schicht der Aufschlämmung entsteht. Dadurch kommt es zu einem Oberflächenspannungsgradienten und einem natürlichen Konvektionsphänomen, wodurch die Beschichtungslösung wandert, was letztendlich zu einer unebenen Beschichtungsoberfläche und Orangenhautfehlern führt. Zu schnelle Trocknungsgeschwindigkeiten im Ofen oder eine hohe Heißluftgeschwindigkeit können dazu führen, dass die Lösung vor dem Nivellieren vorzeitig erstarrt und außerdem Orangenhautfehler entstehen.
Verbesserungsmaßnahmen:
Reduzieren Sie die Trocknungsgeschwindigkeit und geben Sie der Lösung ausreichend Zeit zum Nivellieren.
Fügen Sie der Lösung schwerflüchtige Lösungsmittel, Tenside usw. hinzu, um Temperatur- und Konzentrationsunterschiede zu verringern.
II. Leitungsfehler
1. Kratzer
Definition:Die Beschichtungsoberfläche wird durch den Kontakt mit scharfen Gegenständen in lineare Rillen unterschiedlicher Länge und unregelmäßiger Seiten geritzt, wie unten gezeigt.
Mögliche Ursachen:Große Partikelagglomerate, Fremdkörper oder große Partikel, die im Schlitzspalt oder Beschichtungsspalt stecken bleiben; Schlechte Substratqualität führt dazu, dass Fremdkörper den Beschichtungsspalt zwischen Beschichtungswalze und Gegenwalze blockieren. Beschädigung der Matrizenlippe. Darüber hinaus kann es während des Gerätebetriebs durch ungleichmäßige Spannung oder eine ungeeignete Ofenluftmenge dazu kommen, dass die Elektrode während des Transports kratzt, was ebenfalls zu Defekten an der Kratzlinie führt.
Verbesserungsmaßnahmen:Entfernen Sie Partikel aus der Lippe oder dem Beschichtungsspalt, ersetzen Sie die Filter und überprüfen Sie die Düsenlippe. Bei Problemen, die durch das Abkratzen verursacht werden, stoppen Sie die Linie zur Fehlerbehebung, suchen Sie die Abkratzstelle, entfernen Sie das Hindernis oder passen Sie die Ofenluftmenge entsprechend an, um den Defekt an der Abkratzlinie zu beheben und gleichzeitig die Trockenheit der Elektrode sicherzustellen.
Große Partikel in der Gülle:CMC anpassen, Rührzeit verlängern. Durch die Verwendung gleichmäßiger CMC mit guter Auflösung, minimalen Faserrückständen und Gelierung sowie guter Hydratationswirkung können Materialpartikel gut dispergiert werden. Rührzeit verlängern, restliche weiche Partikel von den Sieben entfernen, die Aufschlämmung sieben.
2. Vertikale Streifen
Definition:Streifenförmige Fehler, die in der Beschichtung parallel zur Laufrichtung des Substrats auftreten und sich kontinuierlich in Längsrichtung erstrecken, wie unten dargestellt.
Mögliche Ursachen:Tritt normalerweise in der Nähe der oberen Geschwindigkeitsgrenze des Beschichtungsfensters auf, was bei dünnen Beschichtungen offensichtlicher ist. Ungleichmäßige Verteilung der Gülle auf der Folienoberfläche.
Verbesserungsmaßnahmen:Passen Sie die Viskosität der Aufschlämmung an (zu viel Dispergiermittelzugabe für eine gleichmäßige Dispersion kann zu einer zu hohen Viskosität führen; nicht-Newtonsches Flüssigkeitsverhalten führt zu einer schlechten Nivellierung, nachdem die Aufschlämmung vom Beschichter auf die Folienoberfläche übertragen wurde und sich nicht gleichmäßig verteilt.); Reduzieren Sie die Beschichtungsgeschwindigkeit (eine Verringerung der Geschwindigkeit führt dazu, dass die Aufschlämmung sofort an „Elastizität“ verliert und sich gleichmäßig verteilt); Reduzieren Sie den Beschichtungsspalt zwischen der Beschichtungswalze und der Trägerwalze. Verwenden Sie gut-dispergierende Dispergiermittel in angemessener Dosierung.
3. Horizontale Streifen
Definition:Streifenförmige Fehler, die in der Beschichtung senkrecht zur Laufrichtung des Substrats auftreten und sich über die Bahnbreite erstrecken.
Mögliche Ursachen:Mechanische Vibration; Schwankung der Bahngeschwindigkeit; periodische Schwankungen im Güllefluss.
Verbesserungsmaßnahmen:Bestätigen Sie, ob die mechanische Störungsfrequenz mit der Häufigkeit des Auftretens horizontaler Streifen übereinstimmt.
4. Wellenkante
Definition:Ein Defekt, der durch wellenförmige Streifen am Rand der Beschichtung gekennzeichnet ist.
Zwei Hauptgründe verursachen wellenförmige Kantenlinienfehler: Einer hängt mit der Folie zusammen, z. B. eine inakzeptable Folienoberflächenrauheit, Folienoxidation, Sekundärkontamination während des Transports oder des Abwickelns können Probleme mit wellenförmigen Kanten verursachen. Ersetzen Sie bei solchen Problemen die Folie durch eine neue Beschichtungsfolie. Ein weiterer Grund ist die Diskrepanz zwischen der Viskosität der Aufschlämmung und der Ausdehnung der Unterlegscheiben. Während des Beschichtens kann das längere Rühren des Vorratstanks zu einem Viskositätsabfall führen, oder eine schlechte Benetzbarkeit des leitfähigen Mittels während des Rührens beeinträchtigt die Viskosität der Aufschlämmung erheblich. Viskositätsänderungen (Abnahme) bedeuten, dass die aktuelle Shim-Verlängerung nicht mehr geeignet ist; Durch eine größere Verlängerungsscheibe ersetzen, um wellige Kanten aufgrund der Viskositätsreduzierung zu beseitigen.
5. Knacken
Definition:Ein Defekt, bei dem verflochtene Risse auf der Beschichtungsoberfläche auftreten.
Ursachen:Übermäßiges oder zu schnelles Trocknen. Aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung verschiedener Teile der Elektrode während des Stillstands trocknen einige Kanten während des Trocknens zu schnell, andere zu langsam. Wenn die in der Beschichtung erzeugten inneren Spannungen nicht vollständig abgebaut werden, kommt es zu Rissen.
Verbesserungsmaßnahmen:Passen Sie die Trocknungszeit und -geschwindigkeit an; Feststoffgehalt anpassen (ein niedriger Feststoffgehalt kann dazu führen, dass die Beschichtung zu schnell und übermäßig trocknet, was zu Wellen und Rissen führt); Aufgrund der Spannung des Beschichtungsmaterials sollten Sie die Rissbildung durch Anpassen der Ofenluftzufuhr kontrollieren.
III. Kanteneffekte
1. Dicke Kante (Kantenaufbau)
Definition:Ein Fehler, bei dem die Beschichtungsdicke an beiden Kanten der beschichteten Breite höher ist als die durchschnittliche Dicke. Oftmals sind die Ränder dick und die Mitte dünn, also der Rand dick.
Ursache:Durch Oberflächenspannung angetriebene Massenmigration. Wie unten gezeigt, ist der Rand des Nassfilms zunächst dünner, das Lösungsmittel verdunstet schneller als in der Mitte, wodurch der Feststoffgehalt am Rand schnell ansteigt. Die Oberflächenspannung am Rand wird deutlich größer als die des zentralen Nassfilms. Die größere Oberflächenspannung am Rand und die schnellere Verdunstung des Lösungsmittels treiben die Flüssigkeit vom inneren Teil zum Rand und bilden nach dem Trocknen einen dicken Rand.
Das Phänomen der dicken Kante ist ein ungünstiger Mangel. Zu den Maßnahmen zur Vorbeugung und Linderung gehören:
① Bei konstanter Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung erhöht die Reduzierung der Schlitzgröße die Austrittsgeschwindigkeit der Aufschlämmung an der Düse, wodurch das Widerstandskraftverhältnis der Aufschlämmung verringert wird, wodurch die Dicke der dicken Kante verringert wird. Eine kleinere Schlitzgröße erzeugt jedoch einen höheren Innendruck in der Düse, was leichter zu einer Schwellung der Düsenlippe führt, was zu einer ungleichmäßigen Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke in Querrichtung führt und eine Beschichtungsausrüstung mit höherer Präzision erfordert.
② Eine Reduzierung des Beschichtungsspalts kann die Dicke und Breite der dicken Kante begrenzt reduzieren.
③ Reduzieren Sie die Oberflächenspannung der Aufschlämmung, z. B. durch Zugabe von Tensiden, um das Fließen der Aufschlämmung zum Rand während des Trocknens zu verhindern.
④ Optimieren Sie die Austrittsform der Schlitzscheibe, um die Richtung und Größe der Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung zu ändern, den Spannungszustand der Aufschlämmung am Rand zu verringern und den Randquelleffekt der Aufschlämmung abzuschwächen.
[Vorschlag für einen internen Link: Verlinken Sie „Beschichtungsgeräte für höhere Präzision“ mit unserer Produktseite für Präzisionsbeschichter und „Slurry-Eigenschaften“ mit unserer Materialversorgung oder den Seiten zum technischen Support.]
2. Kantendepression
Definition:Ähnlich wie Liniendefekte vom Typ „Kantenvertiefung“.
Ursache:Ein Schlüsselfaktor, der zu Kantendepressionslinienfehlern führt, hängt mit dem Beschichtungsdruck zusammen. Wenn der Beschichtungsdruck im Formhohlraum relativ niedrig ist, kommt es an den Randpositionen der Elektrodenbeschichtung zu Randvertiefungen.
Verbesserungsmaßnahmen:Eine Methode besteht darin, Teflon auf beiden Seiten des Formhohlraums hinzuzufügen, um den Kantenbeschichtungsdruck zu erhöhen, die Kantenbeschichtungsmenge zu verbessern und Kantendepressionen zu beseitigen. Die andere Möglichkeit besteht darin, die Dicke der Unterlegscheiben zu verringern, den Beschichtungsdruck in der Kavität zu erhöhen und Kantenvertiefungen zu vermeiden.
3. Faltenbildung
Definition:Ein Defekt, bei dem während des Trocknungsprozesses Falten auf der Beschichtung entstehen.
Zu den Hauptfaktoren gehören: Ab-/Aufwickelspannung, Rollenverhältnisse, Spezifikationen der Kupferfolie (häufiger bei breiten, dünnen Typen), Durchmesser der Aufwickelwelle, Wickeldichte der PET-Folie usw.
Gegenmaßnahmen zur Verbesserung:Optimieren Sie Spannungskurven, ändern Sie Rollenverhältnisse, passen Sie Regelrollen an und erhöhen Sie die Wickeldichte der PET-Folie über Rollen.
4. Schwache Kante / Fuzzy-Kante
Definition:Der Farbunterschied zwischen dem beschichteten Material und dem Kantenmaterial ist gering und weist keine klare Grenze auf. Eine ungenaue Kantenerkennung aufgrund einer schwachen Kante kann zu einer ungenauen Abstandsmessung führen und sich anschließend auf die Verknüpfung der Folgeabweichungskorrektur auswirken.
Ursachen:Material schwankt nach links und rechts; unterschiedliche Materialien/Schlämme haben unterschiedliche Graustufen; Beeinträchtigung durch optische Mängel an der Beschichtungskante usw.
Verbesserungsmaßnahmen:Optimieren Sie das Bildgebungssystem und den Kantenerkennungsalgorithmus.
Weitere häufige Beschichtungsfehler sind: Lufteinschlüsse, Querwellen, Durchhängen, Rinnsal, Ausdehnung, Pfützen usw.
Die Komplexität von Beschichtungsfehlern
Beschichtungsfehler, von ihren Ursachen über Beseitigungsmethoden bis hin zu Kontrollmethoden, sind recht komplex.
Erstens sind die Faktoren, die Fehler verursachen, komplex. Jeder Einzelvorgang oder Prozessschritt im Beschichtungsprozess kann die Beschichtungsqualität beeinträchtigen und zu Qualitätsmängeln im Endprodukt führen. Neben den direkten Auswirkungen fehlerverursachender Faktoren können auch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren Fehler verursachen.
Zweitens ist es komplex, die Fehlerquelle zu ermitteln. Fehler können im selben Prozessschritt oder erst nach mehreren Arbeitsgängen auftreten. An der Lackierstation kommt es manchmal vor, dass Lackschlieren entstehen, Vermischungs- oder Verschmutzungsfehler werden aber erst nach der Trocknung sichtbar. Selbst Substratfehler werden möglicherweise erst beim Aufwickeln des Endprodukts oder nach dem Längsschneiden erkannt.
Drittens ist das Auftreten von Mängeln zufällig. Fehler können in jeder Phase des Produktentwicklungszyklus auftreten, von der Aufschlämmungsvorbereitung im Labormaßstab über die Pilotbeschichtung bis hin zur Produktionssteigerung. Jede Stufe kann unterschiedliche Mängel aufweisen, und die Beseitigung in der Anfangsstufe garantiert nicht eine fehlerfreie nächste Stufe. Komplexer ausgedrückt können ähnliche Erscheinungsfehler viele Ursachen haben, und die Ursache kann jedes Mal unterschiedlich sein, beispielsweise durch Blasen, Flecken oder Wellen.
Schließlich können Mängel auch anhand des ursprünglichen Designs der Beschichtungsanlage und der Leistung jeder Hardwareeinheit in der Beschichtungsproduktionslinie festgestellt werden. Ein Beschichter mag für das Produkt, für das er ursprünglich angepasst wurde, sinnvoll sein, aber Produktänderungen oder Kostenschwankungen können dazu führen, dass der Beschichter die Anforderungen nicht mehr erfüllen kann.
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