Máy phủ pin: Thiết bị chính trong sản xuất pin Lithium-Ion
Công nghệ phủ là một quá trình dựa trên nghiên cứu về tính chất của chất lỏng, trong đó một hoặc nhiều lớp chất lỏng được phủ lên một chất nền, thường là một màng mỏng hoặc giấy lót mềm dẻo. Lớp chất lỏng được phủ sau đó được sấy khô hoặc lưu hóa trong lò để tạo thành một lớp màng chức năng đặc biệt. Các phương pháp chính để phủ điện cực pin lithium-ion hiện nay bao gồm phủ chuyển tiếp con lăn dấu phẩy và phủ đùn khe.
1. Nguyên lý và phân loạimáy phủ pinthiết bị:
Tác động đến dung lượng pin Trong quá trình phủ, nếu độ dày của lớp keo dán điện cực dương và âm trên tấm điện cực thay đổi, ví dụ, thể hiện sự khác biệt ở phần trước, giữa và sau, thì mức độ phản ứng của vật liệu hoạt động trong quá trình sạc và xả pin cũng sẽ khác nhau. Điều này có thể dẫn đến dung lượng pin quá thấp hoặc quá cao. Hơn nữa, độ dày không đồng đều như vậy có nhiều khả năng kích hoạt quá trình mạ lithium trong quá trình sạc pin. Mạ lithium dần dần tiêu thụ lithium hoạt động trong pin, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỷ lệ duy trì dung lượng và rút ngắn tuổi thọ của pin.
2. Phương pháp phủ của máy phủ pin lithium
Trong quá trình nghiên cứu, phát triển và sản xuất pin lithium-ion, các nhà nghiên cứu và kỹ sư đã phát triển nhiều phương pháp phủ khác nhau để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. Hiện nay, các phương pháp phủ phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất là phủ chuyển tiếp dấu phẩy và phủ đùn rãnh.
2.1 Lớp phủ chuyển tiếp Comma-Roll
Nguyên lý hoạt động: Lớp phủ chuyển tiếp Comma-roll là phương pháp phủ truyền thống. Quá trình bắt đầu bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa con lăn phủ và lưỡi dấu phẩy để định lượng keo dán lên con lăn phủ. Sau đó, bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa con lăn dự phòng và con lăn phủ, keo dán được định lượng trên con lăn phủ được chuyển hoàn toàn lên lớp nền lá nhôm hoặc lá đồng.
2.2 Lớp phủ đùn khuôn khe
Nguyên lý hoạt động: Lớp phủ đùn khuôn khe là phương pháp phủ được định lượng trước có độ chính xác cao. Phương pháp này cung cấp hỗn hợp chất lỏng Newton hoặc không Newton cho khuôn khe bằng bơm định lượng. Dưới áp suất, hỗn hợp được đùn đều từ khe của khuôn, tạo thành một lớp màng chất lỏng đồng nhất sau đó được phủ lên bề mặt chất nền.
3.1 Hệ thống kiểm soát căng và tháo cuộn
Cơ chế tháo cuộn: Cơ chế tháo cuộn là điểm khởi đầu của quá trình phủ. Chức năng chính của nó là mang và giải phóng ổn định các chất nền như lá nhôm hoặc lá đồng. Nó thường được trang bị hệ thống hiệu chỉnh độ lệch tháo cuộn có thể phát hiện chính xác bất kỳ độ lệch nào của chất nền trong quá trình tháo cuộn theo thời gian thực. Khi phát hiện độ lệch, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo chất nền di chuyển đều đặn theo đường dẫn đã định trước, cung cấp nguồn chất nền ổn định cho các hoạt động phủ tiếp theo.
3.2 Hệ thống cho ăn
Vận chuyển bột nhão: Hệ thống cấp liệu có nhiệm vụ cung cấp ổn định bột nhão đã trộn đều vào khuôn phủ. Trong các ứng dụng thực tế, bơm trục vít hoặc bơm bánh răng thường được sử dụng để vận chuyển bột nhão. Các bơm này có thể cung cấp lưu lượng ổn định, với độ chính xác kiểm soát lưu lượng là ±0,5%, đảm bảo cung cấp bột nhão ổn định trong quá trình phủ và ngăn ngừa các vấn đề như độ dày lớp phủ không đều do sự dao động của lưu lượng bột nhão.
3.3 Lớp phủ Dtức là
Khuôn chuyển: Khuôn chuyển cho máy phủ pin chủ yếu bao gồm các thành phần như trục lăn phủ, dao cạo và trục lăn dự phòng. Trong quá trình vận hành máy phủ pin, lượng keo được định lượng trên trục lăn phủ được kiểm soát bằng cách điều chỉnh khe hở giữa trục lăn phủ và dao cạo của khuôn chuyển. Sau đó, bằng cách điều chỉnh khe hở giữa trục lăn dự phòng và trục lăn phủ của khuôn chuyển, keo được định lượng được chuyển lên chất nền trong máy phủ pin. Loại khuôn này được áp dụng trong máy phủ pin có cấu trúc tương đối đơn giản. Tuy nhiên, trong máy phủ pin, do hạn chế từ nhiều yếu tố, chẳng hạn như độ chính xác gia công của các thành phần cơ học trong máy phủ pin và độ chính xác của việc điều chỉnh khe hở cho khuôn chuyển trong máy phủ pin, độ chính xác của lớp phủ tương đối thấp. Do đó, khuôn chuyển phù hợp cho các ứng dụng trong máy phủ pin, nơi yêu cầu độ chính xác của lớp phủ ít nghiêm ngặt hơn.
Thiết kế lò: Lò của hệ thống sấy là thiết bị chính để sấy các tấm điện cực phủ. Lò thường áp dụng thiết kế kiểm soát nhiệt độ phân đoạn, thường được chia thành 5 - 8 phân đoạn. Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ của các vùng khác nhau, các tấm điện cực có thể loại bỏ dần dần và đồng đều dung môi trong bột nhão trong quá trình sấy. Có nhiều phương pháp gia nhiệt khác nhau cho lò, bao gồm gia nhiệt bằng điện, gia nhiệt bằng dầu truyền nhiệt và gia nhiệt bằng hơi nước. Trong quá trình gia nhiệt, độ đồng đều về vận tốc không khí trong lò phải đạt ±5% để đảm bảo rằng tất cả các bộ phận của tấm điện cực được sấy đều, tránh độ khô không đồng đều do vận tốc không khí không đồng đều, có thể ảnh hưởng đến chất lượng của tấm điện cực.
4. Phương trìnhCác yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lớp phủ Chất lượng hiệu suất lớp phủ chịu ảnh hưởng toàn diện bởi nhiều yếu tố thiết bị có mối quan hệ với nhau. Bất kỳ vấn đề nào ở một liên kết đều có thể dẫn đến giảm chất lượng lớp phủ.
4.1 Độ chính xác và ổn định của thiết bị
Biến động độ căng: Như đã đề cập trước đó, độ ổn định của độ căng của chất nền trong quá trình phủ là rất quan trọng đối với chất lượng lớp phủ. Khi độ lệch độ căng vượt quá 1%, chất nền dễ bị trượt hoặc biến dạng kéo giãn. Trượt có thể gây ra những thay đổi về vị trí tương đối giữa chất nền và khuôn phủ trong quá trình phủ, dẫn đến độ dày lớp phủ không đồng đều. Mặt khác, biến dạng kéo giãn làm thay đổi các đặc tính vật lý của chất nền, ảnh hưởng đến hiệu suất chung của pin. Do đó, một hệ thống kiểm soát độ căng có độ chính xác cao là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng lớp phủ.
4.2 Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm
Nhiệt độ của keo dán: Nhiệt độ của keo dán có tác động trực tiếp đến độ nhớt của nó. Khi nhiệt độ của keo dán dao động hơn 1℃, độ nhớt của nó có thể thay đổi ±5%. Những thay đổi về độ nhớt sẽ dẫn đến độ lệch về lượng lớp phủ. Ví dụ, độ nhớt tăng có thể dẫn đến lượng lớp phủ tăng, trong khi độ nhớt giảm có thể dẫn đến lượng lớp phủ giảm. Cả hai tình huống đều sẽ ảnh hưởng đến độ đồng đều về độ dày của lớp phủ và tính nhất quán về hiệu suất của pin. Do đó, việc kiểm soát chính xác nhiệt độ của keo dán là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng lớp phủ.
Nhiệt độ sấy: Việc kiểm soát nhiệt độ sấy đóng vai trò quyết định đến chất lượng của các tấm điện cực phủ. Trong quá trình sấy lò, nếu kiểm soát nhiệt độ phân đoạn không đúng cách, ví dụ, nếu nhiệt độ ở phần trước quá cao, dung môi trên bề mặt tấm điện cực sẽ bốc hơi nhanh chóng, khiến bề mặt hình thành lớp vỏ, trong khi dung môi bên trong không thể bốc hơi kịp thời. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như bong tróc lớp phủ hoặc chập mạch pin. Do đó, việc thiết lập nhiệt độ của từng phần lò hợp lý và đảm bảo nhiệt độ ổn định là chìa khóa để đảm bảo chất lượng sấy của tấm điện cực.
4.3 Vận chuyển bột nhão và độ ổn định của trường dòng chảy
Biến động áp suất nạp: Trong lớp phủ đùn rãnh, độ ổn định của áp suất nạp có liên quan trực tiếp đến độ đồng đều về độ dày của lớp phủ. Khi áp suất nạp dao động hơn 5%, sẽ dẫn đến độ dày lớp phủ không đồng đều, xuất hiện các khuyết tật như sọc hoặc hoa văn lượn sóng. Để tránh tình trạng này, thường cần lắp đặt một bể đệm trong hệ thống nạp và áp dụng công nghệ kiểm soát áp suất vòng kín để đảm bảo độ ổn định của áp suất nạp.
5. Xu hướng phát triển công nghệ của máy phủ pin Với sự phát triển liên tục của công nghệ pin lithium-ion và các yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về hiệu suất pin trên thị trường, máy phủ pin cũng đang trải qua quá trình đổi mới và nâng cấp công nghệ liên tục, cho thấy các xu hướng phát triển chính sau đây.
