อิทธิพลของความชื้นในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

01. อันตรายจากความชื้นต่อแบตเตอรี่ลิเธียม

1. แบตเตอรี่บวมและรั่ว

หากปริมาณน้ำในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมากเกินไป จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเกลือลิเธียมในอิเล็กโทรไลต์และสร้าง เอชเอฟ:

H2O + LiPF6 → POF3 + ลีฟ + 2HF 

กรดไฮโดรฟลูออริก (เอชเอฟ) เป็นกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงซึ่งทำลายประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างมาก:

เอชเอฟ จะกัดกร่อนชิ้นส่วนโลหะภายในแบตเตอรี่ เปลือกแบตเตอรี่ และซีล ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่แตกหักและรั่วในที่สุด

เอชเอฟ สร้างความเสียหายให้กับเมมเบรน SEI (ส่วนต่อประสานโซลิด-อิเล็กโทรไลต์) ภายในแบตเตอรี่ โดยทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบหลักของเมมเบรน SEI: 

ROCO2Li + เอชเอฟ → ROCO2H + ลีฟ

Li2CO3 + 2HF → H2CO3 + 2LiF

ในที่สุด การตกตะกอนของ ลีฟ จะถูกสร้างขึ้นภายในแบตเตอรี่ เพื่อให้ลิเธียมไอออนในแผ่นลบของแบตเตอรี่ปฏิกิริยาเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ การใช้ลิเธียมไอออนที่ใช้งานอยู่ พลังงานของแบตเตอรี่จะลดลง

เมื่อน้ำเพียงพอ ก๊าซที่ผลิตจะมีมากขึ้น และแรงดันภายในแบตเตอรี่จะมีมากขึ้น ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่เกิดความเครียดและเสียรูป และจะเกิดอันตรายได้ เช่น แบตเตอรี่นูนและรั่ว

สถานการณ์แบตเตอรี่โป่งและฝาครอบบูตที่พบในการใช้โทรศัพท์มือถือหรือผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลในตลาดส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากความชื้นภายในและการผลิตก๊าซที่สูงของแบตเตอรี่ลิเธียม

2. ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดของแบตเตอรี่ และเป็นสัญญาณหลักในการวัดความยากของการส่งไอออนและอิเล็กตรอนภายในแบตเตอรี่ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและสถานะการทำงานของแบตเตอรี่ ยิ่งความต้านทานภายในเล็กลง แบตเตอรี่ก็จะใช้แรงดันไฟฟ้าน้อยลงเมื่อคายประจุ และพลังงานที่ส่งออกก็จะมากขึ้น

เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น การตกตะกอนของ POF3 และ ลีฟ จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของฟิล์ม SEI ของแบตเตอรี่ (อินเทอร์เฟซโซลิด-อิเล็กโทรไลต์) ซึ่งทำลายความหนาแน่นและความสม่ำเสมอของฟิล์ม SEI ส่งผลให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นทีละน้อยและ ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลดลงอย่างต่อเนื่อง

3. วงจรชีวิตสั้นลง 

ปริมาณน้ำมีขนาดใหญ่เกินไป ทำลายฟิล์ม SEI ของแบตเตอรี่ ความต้านทานภายในค่อยๆ เพิ่มขึ้น ความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ แต่ละครั้งที่แบตเตอรี่ชาร์จเต็มหลังจากการใช้แบตเตอรี่ก็สั้นลงและสั้นลงเช่นกัน โดยปกติแล้วแบตเตอรี่สามารถใช้เพื่อชาร์จจำนวนการคายประจุ (รอบ) จะลดลงตามธรรมชาติ ระยะเวลาการใช้งาน (อายุการใช้งาน) ของแบตเตอรี่จะสั้นลง

02. แหล่งน้ำในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม แหล่งน้ำสามารถแบ่งออกได้เป็นด้านต่างๆ ดังนี้ 

1. น้ำที่นำเข้ามาด้วยวัตถุดิบ 

1.1 วัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบ: สารออกฤทธิ์เชิงบวกและเชิงลบคืออนุภาคไมครอนและนาโนซึ่งสามารถดูดซับน้ำในอากาศได้อย่างง่ายดาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุแคโทดแบบไตรนารีหรือไบนารีที่มีปริมาณ นิ (นิกเกิล) สูงมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และพื้นผิวของวัสดุสามารถดูดซับน้ำและทำปฏิกิริยาได้ง่าย หลังการเคลือบ หากความชื้นในการจัดเก็บมีมาก การเคลือบผิวของฟิล์มขั้วโลกก็จะดูดซับความชื้นในอากาศได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน

1.2 อิเล็กโทรไลต์: ส่วนประกอบตัวทำละลายในอิเล็กโทรไลต์จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโมเลกุลของน้ำ เกลือลิเธียมที่ถูกละลายในอิเล็กโทรไลต์ยังดูดซับน้ำและเกิดปฏิกิริยาทางเคมีได้ง่ายอีกด้วย ดังนั้นจะมีน้ำจำนวนหนึ่งในการอิเล็กโทรไลซิส หากเวลาการเก็บอิเล็กโทรไลต์นานเกินไป หรืออุณหภูมิสภาพแวดล้อมในการจัดเก็บสูงเกินไป ปริมาณน้ำในอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้น

1.3 ตัวแยก: ตัวแยกเป็นฟิล์มพลาสติกที่มีรูพรุน (วัสดุ พีพี/วิชาพลศึกษา) และการดูดซึมน้ำก็มีขนาดใหญ่มากเช่นกัน

2. เติมน้ำลงในเยื่ออิเล็กโทรด 

เยื่อกระดาษเชิงลบจะเติมน้ำเพื่อกวนกับวัตถุดิบแล้วจึงเคลือบ ดังนั้นแผ่นฟิล์มเนกาทีฟเองจึงเป็นน้ำ ในกระบวนการเคลือบที่ตามมา แม้ว่าจะมีการให้ความร้อนและการทำให้แห้ง แต่ก็ยังมีน้ำดูดซับอยู่เป็นจำนวนมากภายในการเคลือบของแผ่นอิเล็กโทรด

3. สภาพแวดล้อมการประชุมเชิงปฏิบัติการความชื้น 

3.1 ความชื้นในอากาศในโรงงาน โดยทั่วไปความชื้นในอากาศจะวัดจากความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์จะแตกต่างกันอย่างมากตามฤดูกาลและสภาพอากาศ ความชื้นในอากาศในฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อนค่อนข้างมาก (มากกว่า 60%) และอากาศในฤดูใบไม้ร่วงและฤดูหนาวค่อนข้างแห้งและมีความชื้นค่อนข้างน้อย (น้อยกว่า 40%) ความชื้นในอากาศจะสูงขึ้นในวันที่ฝนตก และจะลดลงในวันที่มีแสงแดดจ้า ความชื้นในอากาศที่แตกต่างกัน ปริมาณน้ำในอากาศจึงแตกต่างกัน:

3.2 น้ำที่ร่างกายสร้างขึ้น (เหงื่อออก ลมหายใจออก น้ำหลังล้างมือ)

3.3 ความชื้นที่นำเข้ามาจากวัสดุและกระดาษเสริมต่างๆ (กล่อง ผ้าขี้ริ้ว รายงาน)

03. การควบคุมน้ำในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

1. ควบคุมความชื้นสิ่งแวดล้อมของการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิตอย่างเคร่งครัด 

1.1 กวนให้เป็นเนื้อเดียวกันในการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิตอิเล็กโทรด ความชื้นสัมพัทธ์คือ ≦ 10% 

1.2 การเคลือบ (หัว, หาง), ความชื้นจุดน้ำค้างม้วน ≤ -10 ℃ ดีพี ในการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิตอิเล็กโทรด; 

1.3 การตัดการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิตอิเล็กโทรด ความชื้นสัมพัทธ์ ≤ 10% 

1.4 การเคลือบ การม้วน การประชุมเชิงปฏิบัติการการประกอบ ความชื้นจุดน้ำค้าง ≦-35℃ ดีพี

1.5. การฉีดแบตเตอรี่ การปิดผนึก ความชื้นจุดน้ำค้าง ≤ -45 ℃ ดีพี

2. ควบคุมร่างกายมนุษย์และความชื้นภายนอกที่นำเข้ามาจากโรงงานอย่างเคร่งครัด 

2.1 การจัดการการปฏิบัติตามการปฏิบัติงาน :

-- เมื่อเข้าสู่เวิร์คช็อปการอบแห้งจำเป็นต้องเปลี่ยนเสื้อผ้า สวมหมวก เปลี่ยนรองเท้า และสวมหน้ากาก 

- ห้ามสัมผัสแผ่นอิเล็กโทรดและเซลล์ไฟฟ้าด้วยมือเปล่า 

2.2 การจัดการความชื้นของวัสดุเสริม: 

- ห้ามมิให้นำกล่องเข้าไปในเวิร์คช็อปการอบแห้งโดยเด็ดขาด 

- กระดาษที่ติดและแผ่นระบุในห้องอบแห้งจะต้องปิดผนึกด้วยพลาสติก 

-- ห้ามมิให้ถูพื้นด้วยน้ำในห้องอบแห้ง

3. ควบคุมเวลาการจัดเก็บและการสัมผัสของแผ่นอิเล็กโทรดอย่างเคร่งครัด 

3.1 การจัดการพื้นที่จัดเก็บที่มีความชื้นต่ำ: 

-- แผ่นอิเล็กโทรดที่รีดและตัดจะต้องเก็บไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำภายใน 30 นาที (≦-35℃ ดีพี)

-- ต้องดูดแผ่นอิเล็กโทรดที่อบแล้วและยังไม่ได้ทำเพื่อจัดเก็บ (≦-95kpa) 

3.2 การจัดการเวลาการสัมผัส: 

-- หลังจากการอบ การผลิต ม้วน บรรจุภัณฑ์ การฉีดของเหลว การปิดผนึกจะต้องเสร็จสิ้นภายใน 72 ชั่วโมง (ความชื้นจุดน้ำค้างในห้องปฏิบัติการ ≤ -35℃)

3.3 การจัดการเข้าก่อนออกก่อน: 

- การใช้แผ่นอิเล็กโทรดต้องเป็นไปตามระเบียบเข้าก่อนออกก่อนนั่นคือใช้แบตช์ก่อน อบก่อนใช้ก่อน

4. ควบคุมกระบวนการอบของแผ่นอิเล็กโทรดและตัวคั่นอย่างเคร่งครัด 

4.1 ก่อนการใช้งานต้องอบแผ่นอิเล็กโทรดและตัวคั่นก่อนใช้งาน 

4.2 หากไม่สามารถอบแผ่นอิเล็กโทรดและตัวแยกก่อนการผลิตและการม้วนได้ จะต้องอบเซลล์ก่อนการฉีดของเหลว 

4.3 ในระหว่างกระบวนการอบแผ่นอิเล็กโทรดหรือเซลล์แบตเตอรี่ จะต้องตรวจสอบพารามิเตอร์ของเตาอบ (อุณหภูมิ เวลา ระดับสุญญากาศ) อย่างเคร่งครัด 

4.4 ต้องตรวจสอบอุณหภูมิเตาอบและระดับสุญญากาศอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้มั่นใจว่าถูกต้อง

5. การทดสอบและควบคุมปริมาณน้ำ 

5.1 แผ่นอิเล็กโทรด ตัวแยก (หรือแบตเตอรี่) อิเล็กโทรไลต์จะต้องทดสอบปริมาณน้ำที่มีคุณสมบัติในการฉีดของเหลว 

5.2 วิธีทดสอบ: สุ่มตัวอย่างตามข้อบังคับ ใช้เครื่องทดสอบความชื้น คาร์ล ฟิสเชอร์ ในการวัด 

5.3 มาตรฐานคุณสมบัติปริมาณน้ำ: 

-- ปริมาณน้ำของแผ่นอิเล็กโทรด ≦200ppm (ควบคุมล่วงหน้า ≦150ppm) 

-- ปริมาณน้ำแยก ≦600ppm

-- ปริมาณน้ำอิเล็กโทรไลต์ ≦20ppm

โดยสรุปในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม การควบคุมความชื้นของความชื้นในสิ่งแวดล้อม ระยะเวลาการเก็บและการสัมผัสของอิเล็กโทรด กระบวนการอบของอิเล็กโทรดและตัวคั่น ระยะเวลาที่อิเล็กโทรไลต์ใช้ได้ การทดสอบปริมาณน้ำ และ แง่มุมอื่นๆ ถือเป็นสิ่งสำคัญ เมื่อควบคุมไม่ได้ จะนำไปสู่ข้อบกพร่องร้ายแรงในประสิทธิภาพของแบตเตอรี และผลที่ตามมาก็ร้ายแรงมาก!

ดังนั้น ไม่ว่าจะเป็นผู้บริหาร พนักงานฝ่ายผลิต เจ้าหน้าที่ตรวจสอบคุณภาพ เพื่อเสริมสร้างความตระหนักในการควบคุมน้ำจากแบตเตอรี่ ให้ปฏิบัติตามข้อกำหนดของกระบวนการอย่างเคร่งครัดเสมอ เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำจากแบตเตอรี่อยู่ในสถานะควบคุมและผ่านการรับรอง!