鋰電池電極是一種由顆粒組成的涂層,均勻地涂在金屬集流體上。鋰離子電池極片涂層可視為復(fù)合材料,主要由三部分組成:活性物質(zhì)顆粒、導(dǎo)電劑與粘合劑混合的碳膠相、用電解液填充孔隙。
目前,在電池極片制備過程中,采用了越來越多的在線檢測技術(shù),可有效識別產(chǎn)品的制造缺陷,消除不良產(chǎn)品,同時(shí)及時(shí)反饋給生產(chǎn)線,進(jìn)而自動或手動調(diào)整生產(chǎn)過程,達(dá)到降低不良率的結(jié)果。
鋰離子電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜,就電池極片而言,表面常見缺陷主要有以下幾個(gè)方面:
1、如果漿料攪拌不均勻或涂料供料速度不穩(wěn)定,就會出現(xiàn)凸起包/團(tuán)聚體。粘合劑和碳黑導(dǎo)電劑的團(tuán)聚會導(dǎo)致活性成分含量低,極片重量輕;
2、掉料/針孔,這些缺陷區(qū)域沒有涂層,通常是由氣泡引起。它們減少了活性物質(zhì)的量,使集流體暴露在電解質(zhì)中,從而降低了電化學(xué)容量;
3、存在金屬異物,漿料或設(shè)備、環(huán)境中引入的金屬異物,對鋰電池危害極大。較大的金屬顆粒直接穿透隔膜,導(dǎo)致正負(fù)極短路,即物理短路。此外,當(dāng)金屬異物與正極混合時(shí),充電后正極電位升高,金屬溶解,通過電解質(zhì)擴(kuò)散,然后在負(fù)極表面沉淀,最終刺穿隔膜形成短路,即化學(xué)溶解短路。鋁、鋅、 鐵、 銅等是電池廠最常見的金屬異物;
4、不均勻涂層,如漿料攪拌不足,顆粒細(xì)度大,容易出現(xiàn)條紋,導(dǎo)致涂層不均勻,影響電池容量的一致性,甚至完全無涂層條紋,影響容量和安全。
極片制造中常用的在線檢測技術(shù)包括漿料特性檢測、極片質(zhì)量檢測、尺寸檢測等,如:
(1)在線粘度計(jì)直接安裝在涂層儲罐中,實(shí)時(shí)檢測漿料的流變特性,檢測漿料的穩(wěn)定性;
(2)采用電池X射線可直接測量涂層表面密度,鋰離子電池內(nèi)部缺陷等,不僅測量精度高,而且在線X射線檢測設(shè)備操作便捷,X光機(jī)有實(shí)時(shí)圖像處理和分析缺陷類別功能,可有效提高極片制造檢測效率;
(3)激光在線厚度測量技術(shù)則用于測量極片的厚度,也可實(shí)時(shí)顯示測量厚度和厚度變化趨勢,便于數(shù)據(jù)可追溯性和分析。
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