เครื่องเคลือบแบตเตอรี่: อุปกรณ์สำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
เทคโนโลยีการเคลือบเป็นกระบวนการที่อาศัยการศึกษาคุณสมบัติของของเหลว โดยของเหลวหนึ่งชั้นหรือมากกว่าจะถูกเคลือบลงบนวัสดุพื้นฐาน ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นฟิล์มที่มีความยืดหยุ่นหรือกระดาษรอง จากนั้นชั้นของเหลวที่เคลือบจะถูกทำให้แห้งหรือบ่มในเตาอบเพื่อสร้างชั้นฟิล์มที่มีฟังก์ชันพิเศษ วิธีการหลักสำหรับการเคลือบอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน ได้แก่ การเคลือบด้วยลูกกลิ้งจุลภาคและการเคลือบด้วยแผ่นรีดแบบแยกส่วน
1. หลักการและการจำแนกประเภทของเครื่องเคลือบแบตเตอรี่อุปกรณ์:
ผลกระทบต่อความจุของแบตเตอรี่ ในระหว่างกระบวนการเคลือบ หากความหนาของชั้นวางอิเล็กโทรดบวกและลบบนแผ่นอิเล็กโทรดแตกต่างกัน เช่น แสดงความแตกต่างในส่วนด้านหน้า ตรงกลาง และด้านหลัง ระดับปฏิกิริยาของวัสดุที่ใช้งานในระหว่างการชาร์จและการปล่อยประจุแบตเตอรี่ก็จะแตกต่างกันด้วย ซึ่งอาจส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ต่ำหรือสูงเกินไป นอกจากนี้ ความหนาที่ไม่สม่ำเสมอยังมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นให้เกิดการชุบลิเธียมในระหว่างรอบการทำงานของแบตเตอรี่ การชุบลิเธียมจะค่อยๆ กินลิเธียมที่ใช้งานอยู่ในแบตเตอรี่ ส่งผลให้อัตราการคงความจุลดลงอย่างรุนแรง และทำให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานสั้นลง
2. วิธีการเคลือบของเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ลิเธียม
ในระหว่างการวิจัย พัฒนา และผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน นักวิจัยและวิศวกรได้พัฒนาวิธีการเคลือบต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตที่แตกต่างกัน ปัจจุบัน วิธีการเคลือบที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ได้แก่ การเคลือบแบบถ่ายโอนด้วยลูกกลิ้งจุลภาคและการเคลือบแบบอัดรีดด้วยแม่พิมพ์สล็อต
2.1 การเคลือบด้วย เครื่องหมายจุลภาค-ม้วน
หลักการทำงาน: การเคลือบด้วยลูกกลิ้งจุลภาคเป็นวิธีการเคลือบแบบดั้งเดิม กระบวนการเริ่มต้นด้วยการปรับช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งเคลือบและใบมีดจุลภาคเพื่อวัดปริมาณกาวบนลูกกลิ้งเคลือบ จากนั้น โดยการปรับช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งสำรองและลูกกลิ้งเคลือบ ปริมาณกาวที่วัดบนลูกกลิ้งเคลือบจะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์หรือแผ่นทองแดงอย่างสมบูรณ์
2.2 การเคลือบแบบรีดด้วยแม่พิมพ์สล็อต
หลักการทำงาน: การเคลือบด้วยการฉีดขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบร่องเป็นวิธีการเคลือบผิวด้วยการวัดปริมาณล่วงหน้าที่มีความแม่นยำสูง โดยจะจ่ายของเหลวแบบนิวโทเนียนหรือไม่ใช่แบบนิวโทเนียนไปยังแม่พิมพ์แบบร่องโดยใช้ปั๊มวัดปริมาณ ภายใต้แรงดัน ของเหลวจะถูกฉีดขึ้นรูปอย่างสม่ำเสมอจากร่องของแม่พิมพ์ ทำให้เกิดฟิล์มของเหลวที่สม่ำเสมอซึ่งจะถูกเคลือบบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์
3.1 ระบบควบคุมการคลายและความตึงเครียด
กลไกการคลายเกลียว: กลไกการคลายเกลียวเป็นจุดเริ่มต้นของกระบวนการเคลือบ หน้าที่หลักคือการนำและคลายเกลียววัสดุพิมพ์ เช่น แผ่นอลูมิเนียมฟอยล์หรือแผ่นทองแดงออกอย่างเสถียร โดยทั่วไปแล้ว กลไกนี้จะติดตั้งระบบแก้ไขการเบี่ยงเบนจากการคลายเกลียว ซึ่งสามารถตรวจจับการเบี่ยงเบนของวัสดุพิมพ์ใดๆ ได้อย่างแม่นยำแบบเรียลไทม์ระหว่างการคลายเกลียว เมื่อตรวจพบการเบี่ยงเบน ระบบจะปรับโดยอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุพิมพ์จะเคลื่อนตัวไปตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าอย่างสม่ำเสมอ ทำให้มีวัสดุพิมพ์ที่จ่ายได้อย่างเสถียรสำหรับการเคลือบในขั้นตอนต่อไป
3.2 ระบบการให้อาหาร
ระบบการลำเลียงสารเคลือบ: ระบบการป้อนสารเคลือบมีหน้าที่ในการลำเลียงสารเคลือบที่ผสมกันดีแล้วไปยังแม่พิมพ์เคลือบอย่างเสถียร ในการใช้งานจริง มักใช้ปั๊มสกรูหรือปั๊มเฟืองในการลำเลียงสารเคลือบ ปั๊มเหล่านี้สามารถให้อัตราการไหลที่เสถียร โดยมีความแม่นยำในการควบคุมการไหลที่ ±0.5% ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารเคลือบจะจ่ายได้เสถียรระหว่างกระบวนการเคลือบ และป้องกันปัญหาต่างๆ เช่น ความหนาของสารเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งเกิดจากการไหลของสารเคลือบที่ผันผวน
3.3 การเคลือบ Dไอเอส
แม่พิมพ์ถ่ายโอน: แม่พิมพ์ถ่ายโอนสำหรับเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ เช่น ลูกกลิ้งเคลือบ เครื่องขูด และลูกกลิ้งสำรอง ในการทำงานของเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ ปริมาณแป้งที่วัดบนลูกกลิ้งเคลือบจะถูกควบคุมโดยการปรับช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งเคลือบและเครื่องขูดของแม่พิมพ์ถ่ายโอน จากนั้น โดยการปรับช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งสำรองและลูกกลิ้งเคลือบของแม่พิมพ์ถ่ายโอน แป้งที่วัดแล้วจะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ แม่พิมพ์ประเภทนี้ที่ใช้ในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่มีโครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่าย อย่างไรก็ตาม ในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ เนื่องจากมีข้อจำกัดจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความแม่นยำในการตัดเฉือนของส่วนประกอบเชิงกลในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ และความแม่นยำในการปรับช่องว่างสำหรับแม่พิมพ์ถ่ายโอนในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ ความแม่นยำของการเคลือบจึงค่อนข้างต่ำ ดังนั้น แม่พิมพ์ถ่ายโอนจึงเหมาะสำหรับการใช้งานในเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ที่ต้องการความแม่นยำของการเคลือบที่ไม่เข้มงวดมากนัก
การออกแบบเตาอบ: เตาอบของระบบอบแห้งเป็นอุปกรณ์สำคัญในการอบแห้งแผ่นอิเล็กโทรดเคลือบ เตาอบมักใช้การออกแบบควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วน โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 5 - 8 ส่วน โดยการควบคุมอุณหภูมิของโซนต่างๆ อย่างแม่นยำ แผ่นอิเล็กโทรดสามารถกำจัดตัวทำละลายในแป้งได้อย่างค่อยเป็นค่อยไปและสม่ำเสมอระหว่างกระบวนการอบแห้ง มีวิธีการให้ความร้อนต่างๆ สำหรับเตาอบ ได้แก่ การทำความร้อนด้วยไฟฟ้า การทำความร้อนด้วยน้ำมันถ่ายเทความร้อน และการทำความร้อนด้วยไอน้ำ ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน จำเป็นต้องมีความสม่ำเสมอของความเร็วลมภายในเตาอบถึง ±5% เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นอิเล็กโทรดทุกชิ้นแห้งสม่ำเสมอ หลีกเลี่ยงระดับการอบแห้งที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งเกิดจากความเร็วลมที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพของแผ่นอิเล็กโทรดได้
4. สมการปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของการเคลือบ คุณภาพประสิทธิภาพของการเคลือบนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยอุปกรณ์หลายประการซึ่งมีความสัมพันธ์กัน ปัญหาใดๆ ที่เกิดขึ้นในลิงก์เดียวก็อาจส่งผลให้คุณภาพการเคลือบลดลงได้
4.1 ความแม่นยำและเสถียรภาพของอุปกรณ์
ความผันผวนของแรงตึง: ดังที่ได้กล่าวไปก่อนหน้านี้ ความเสถียรของแรงตึงของวัสดุพิมพ์ระหว่างกระบวนการเคลือบเป็นสิ่งสำคัญสำหรับคุณภาพของการเคลือบ เมื่อความเบี่ยงเบนของแรงตึงเกิน 1% วัสดุพิมพ์จะมีแนวโน้มที่จะลื่นไถลหรือเกิดการยืดตัว การลื่นไถลอาจทำให้ตำแหน่งสัมพันธ์ระหว่างวัสดุพิมพ์และแม่พิมพ์เคลือบเปลี่ยนแปลงไประหว่างกระบวนการเคลือบ ส่งผลให้ความหนาของวัสดุพิมพ์ไม่เท่ากัน ในทางกลับกัน การยืดตัวและการเปลี่ยนรูปจะทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุพิมพ์เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ ดังนั้น ระบบควบคุมแรงตึงที่มีความแม่นยำสูงจึงมีความจำเป็นในการรับรองคุณภาพของการเคลือบ
4.2 การควบคุมอุณหภูมิและความชื้น
อุณหภูมิของเพสต์: อุณหภูมิของเพสต์มีผลโดยตรงต่อความหนืด เมื่ออุณหภูมิของเพสต์ผันผวนมากกว่า 1℃ ความหนืดอาจเปลี่ยนแปลงได้ ±5% การเปลี่ยนแปลงความหนืดจะนำไปสู่ความเบี่ยงเบนในปริมาณการเคลือบ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความหนืดอาจส่งผลให้ปริมาณการเคลือบเพิ่มขึ้น ในขณะที่การลดความหนืดอาจส่งผลให้ปริมาณการเคลือบลดลง ทั้งสองสถานการณ์จะส่งผลต่อความสม่ำเสมอของความหนาของการเคลือบและความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ ดังนั้น การควบคุมอุณหภูมิของเพสต์อย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองคุณภาพของการเคลือบ
อุณหภูมิการอบแห้ง: การควบคุมอุณหภูมิการอบแห้งมีบทบาทสำคัญต่อคุณภาพของแผ่นอิเล็กโทรดเคลือบ ในระหว่างกระบวนการอบแห้งในเตาอบ หากการควบคุมอุณหภูมิแบบแบ่งส่วนไม่เหมาะสม เช่น หากอุณหภูมิในส่วนหน้าสูงเกินไป ตัวทำละลายบนพื้นผิวของแผ่นอิเล็กโทรดจะระเหยอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้พื้นผิวเกิดคราบ ในขณะที่ตัวทำละลายภายในไม่สามารถระเหยได้ทันเวลา ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่น การเคลือบหลุดลอกหรือแบตเตอรี่ลัดวงจร ดังนั้น การตั้งอุณหภูมิของแต่ละส่วนของเตาอบให้เหมาะสมและการรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิจึงเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองคุณภาพการอบแห้งของแผ่นอิเล็กโทรด
4.3 เสถียรภาพของการขนส่งและสนามการไหล
ความผันผวนของแรงดันในการป้อน: ในการเคลือบแบบอัดรีดด้วยแม่พิมพ์สล็อต ความเสถียรของแรงดันในการป้อนนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับความสม่ำเสมอของความหนาของการเคลือบ เมื่อแรงดันในการป้อนผันผวนมากกว่า 5% จะทำให้ความหนาของการเคลือบไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ลวดลายเป็นเส้นหรือเป็นคลื่น เพื่อหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ โดยปกติแล้วจำเป็นต้องติดตั้งถังบัฟเฟอร์ในระบบการป้อนและนำเทคโนโลยีควบคุมแรงดันแบบวงปิดมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันในการป้อนมีเสถียรภาพ
5. แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีของเครื่องเคลือบแบตเตอรี่ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในตลาด เครื่องเคลือบแบตเตอรี่ก็มีการพัฒนานวัตกรรมและการอัพเกรดเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องเช่นกัน แสดงให้เห็นแนวโน้มการพัฒนาที่สำคัญดังต่อไปนี้
