Bản đồ khiếm khuyết bên trong của tế bào cuộn dây pin lithium

Bản đồ khiếm khuyết bên trong của tế bào cuộn dây pin lithium

Cuộn dây là một quá trình quan trọng trong quy trình sản xuất pin lithium-ion, lắp ráp các tấm điện cực dương và âm và các bộ phân tách lại với nhau. Nếu sản phẩm bị lỗi xảy ra, toàn bộ lõi cuộn dây, bao gồm các tấm và bộ phân tách điện cực dương và âm, sẽ bị lãng phí. Tỷ lệ năng suất có tác động đáng kể đến chi phí sản xuất pin và cũng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của pin.

Nói chung, các bản đồ khuyết tật bên trong phổ biến của lõi cuộn dây được thể hiện trong hình sau và mỗi bản đồ bao gồm tấm điện cực dương, màng ngăn và tấm điện cực âm.

Hình 1 Sơ đồ khuyết tật bên trong lõi cuộn dây

Trong số đó, hàng đầu tiên (a) là mẫu bình thường, không có khuyết tật bên trong.

Bức ảnh thứ ba ở hàng thứ hai (b) cho thấy biến dạng uốn cong của tấm điện cực, có thể do lực căng không được kiểm soát tốt trong quá trình cuộn dây và tấm điện cực bị uốn cong. Khiếm khuyết này có thể gây ra nhiều nếp nhăn trên điện cực pin trong quá trình giãn nở và co lại nhiều lần trong quá trình sạc và xả, hạn chế việc sử dụng công suất và có thể dẫn đến các vấn đề như kết tủa lithium.

Khiếm khuyết ở hàng thứ ba (c) là sự hiện diện của các vật thể lạ bằng kim loại trên màng ngăn, có thể xuất hiện trong quá trình chuẩn bị điện cực hoặc quá trình vận chuyển, chẳng hạn như cán, cắt điện cực và các quá trình khác. Cũng có thể các mảnh giấy bạc được tạo ra do quá trình cắt các mảnh cực của quá trình quấn dây. Các vật thể lạ bằng kim loại có thể gây đoản mạch vi mô bên trong pin, gây ra hiện tượng tự phóng điện nghiêm trọng và gây nguy hiểm cho sự an toàn. Các phương pháp phát hiện chung chủ yếu bao gồm kiểm tra điện trở cách điện của lõi pin, theo dõi lão hóa ở nhiệt độ cao và đánh giá giá trị k tự phóng điện của các sản phẩm không đủ tiêu chuẩn.

Vấn đề chính với hàng thứ tư (d) là lớp phủ không đồng đều, bao gồm hai độ dày khác nhau của bề mặt dương và âm và không có lớp phủ ở một mặt. Khiếm khuyết này chủ yếu là do quá trình phủ hoặc bong lớp phủ trong quá trình chuẩn bị điện cực. Nói chung, phát hiện CCD được thiết lập cho quá trình cán và cắt tấm cực, và các tấm cực bị lỗi được đánh dấu để loại bỏ các sản phẩm bị lỗi trong quá trình cuộn dây. Tuy nhiên, không có gì đảm bảo loại bỏ 100% sản phẩm bị lỗi. Nếu tình trạng này xảy ra, dung lượng pin sẽ bị mất và có sự không khớp giữa dung lượng điện cực dương và âm, dẫn đến kết tủa lithium và các vấn đề khác.

Khiếm khuyết ở hàng thứ năm (e) là sự hiện diện của các vật thể lạ phi kim loại như bụi bên trong. Mặc dù tình trạng này không gây hại nhiều như vật lạ bằng kim loại nhưng nó cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Khi kích thước tương đối lớn, nó cũng có thể dẫn đến nứt màng ngăn và đoản mạch vi mô giữa cực dương và cực âm.

Phương pháp thu được biểu đồ trên như sau: nhúng toàn bộ lõi cuộn dây vào nhựa epoxy dính A và B, đông cứng lại để duy trì các đặc tính cấu trúc bên trong của lõi cuộn dây. Cắt mặt cắt, mài bằng giấy nhám, đánh bóng để tạo thành mẫu và quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Đã thu được một số lượng lớn ảnh và xác định được các mẫu lỗi này.

Hình 2 Quá trình quan sát vi cấu trúc lõi


Ngoài ra, có thể có hiện tượng gãy cực ở các góc của tế bào vết thương, như trong Hình 3. Mảnh cực quá giòn và có độ dày lớn, đặc biệt dễ bị gãy.

Trên đây là sơ đồ khuyết tật bên trong của lõi cuộn dây.