在電極制造過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生哪些缺陷?這些缺陷對(duì)鋰離子電池充放電循環(huán)的影響是什么?
來(lái)源：未知
2019-03-27 20:48
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鋰離子電池極片制造是電池生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵過(guò)程，具體包括漿料的制備、極片涂布和干燥、極片的輥壓壓實(shí)，以及極片的裁切。在電池極片制備過(guò)程中，越來(lái)越多的在線檢測(cè)技術(shù)被采用，從而有效識(shí)別產(chǎn)品的制造缺陷，剔除不良品，并及時(shí)反饋給生產(chǎn)線，自動(dòng)或者人工對(duì)生產(chǎn)過(guò)程做出調(diào)整，降低不良率。以下問(wèn)題都是大家特別關(guān)心的：
1）在電極制造過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生哪些缺陷?
2) 這些缺陷對(duì)鋰離子電池充放電循環(huán)的影響是什么?
3) 缺陷是如何改變鋰離子電池的庫(kù)侖效率、倍率性能和循環(huán)壽命等性能?
4) 帶缺陷的極片性能受損，是否有對(duì)應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)的變化?
目前，對(duì)于極片缺陷，一方面研究缺陷檢測(cè)和極片自動(dòng)甄選技術(shù)，另一方面研究缺陷對(duì)電池性能的影響。本文分享一些在文獻(xiàn)資料和自己實(shí)際工作中的電池極片缺陷圖，收集遇到的各種缺陷和問(wèn)題，做成一份極片缺陷圖譜，歡迎大家補(bǔ)充。
【1】負(fù)極表面團(tuán)聚體顆粒
配方：球形石墨+SUPER C65+CMC+蒸餾水
兩種不同攪拌工藝的極片宏觀形貌：表面光滑（左）和表面存在大量小顆粒（右）
配方：球形石墨+SUPER C65+CMC/SBR+蒸餾水
極片表面小顆粒放大形貌（a和b）：導(dǎo)電劑的團(tuán)聚體，沒(méi)有完全分散
表面光滑極片的放大形貌：導(dǎo)電劑充分分散，均勻分布
【Bitsch B,Willenbacher N, Wenzel V, et al. Impact of Mechanical Process Engineering onthe Fabrication Process of Electrodes for Lithium Ion Batteries[J]. ChemieIngenieur Technik. 2015, 87(4): 466-474.】
【2】正極表面團(tuán)聚體顆粒
配方：NCA+乙炔黑+PVDF+NMP
攪拌過(guò)程中，環(huán)境濕度太高，導(dǎo)致漿料成果凍狀態(tài)，導(dǎo)電劑沒(méi)有完全分散好，極片輥壓后表面存在大量的顆粒。
【3】水系極片裂紋
配方：NMC532/carbon black/binder= 90/5/5 wt%， 水/異丙醇（IPA）溶劑
極片表面裂紋光學(xué)照片，涂布面密度分別為 (a) 15 mg/cm2，(b)17.5 mg/cm2， (c) 20 mg/cm2和(d) 25 mg/cm2，厚極片更容易出現(xiàn)裂紋。
【Du Z, Rollag K M, Li J,et al. Enabling aqueous processing for crack-free thick electrodes[J]. Journalof Power Sources. 2017, 354: 200-206.】
【4】極片表面縮孔
配方：片狀石墨+SP+CMC/SBR+蒸餾水
箔材表面存在導(dǎo)致污染物顆粒，顆粒表面處的濕膜存在低表面張力區(qū)域，液膜向顆粒周圍發(fā)射狀遷移，形成縮孔點(diǎn)狀缺陷。
【5】極片表面劃痕
配方：NMC532+SP+PVdF+NMP
狹縫擠壓涂布，刃口存在大顆粒導(dǎo)致極片表面漏箔劃痕
【6】涂布豎條道
配方：NCA+SP+PVdF+NMP
轉(zhuǎn)移涂布后期，漿料吸水粘度升高，涂布時(shí)接近涂布窗口上限，漿料流平性差，形成豎條道。
【7】極片未干透區(qū)域輥壓裂紋
配方：片狀石墨+SP+CMC/SBR+蒸餾水
涂布時(shí)，極片中間區(qū)域沒(méi)有完全干透，輥壓時(shí)涂層發(fā)生遷移，形成條狀裂紋。
【8】極片輥壓邊緣褶皺
涂布形成厚邊現(xiàn)象，輥壓式，涂層邊緣產(chǎn)生褶皺
【Schmitt, M., et al., Anexperimental and analytical study on intermittent slot die coating ofviscoelastic battery slurries. Journal of Coatings Technology and Research,2015. 12(5): p. 927-938.】
【9】負(fù)極分切涂層與箔材脫離
配方：天然石墨+乙炔黑+CMC/SBR+蒸餾水，活性物質(zhì)比例96%
極片圓盤分切時(shí)，涂層與箔材脫離。
【10】極片分切毛刺
正極極片圓盤分切時(shí)，由于張力控制不穩(wěn)定導(dǎo)致二次切削形成箔材毛刺
【11】極片分切波浪邊
負(fù)極極片圓盤分切時(shí)，由于切刀重疊量和壓力不合適，形成波浪邊和切口涂層脫落。
