מכונות ציפוי סוללות: ציוד מפתח בייצור סוללות ליתיום-יון
טכנולוגיית ציפוי היא תהליך המבוסס על חקר תכונות נוזלים, שבו שכבה אחת או יותר של נוזל מצופות על גבי מצע, בדרך כלל סרט גמיש או נייר גיבוי. לאחר מכן, שכבת הנוזל המצופה מיובשת או מתקשה בתנור ליצירת שכבת סרט פונקציונלית מיוחדת. השיטות העיקריות לציפוי אלקטרודות של סוללות ליתיום-יון כוללות כיום ציפוי באמצעות העברת רולר (פְּסִיק לְהַעֲבִיר פְּסִיק מַכבֵּשׁ וציפוי באמצעות אקסטרוזיה חריצים).
1. עקרון וסיווג שלמכונת ציפוי סוללהצִיוּד:
השפעה על קיבולת הסוללה במהלך תהליך הציפוי, אם עובי שכבות משחת האלקטרודות החיוביות והשליליות על גבי יריעת האלקטרודה משתנה, לדוגמה, אם מופיעים הבדלים בחלקים הקדמיים, האמצעיים והאחוריים, גם דרגת התגובה של החומרים הפעילים במהלך טעינה ופריקה של הסוללה תהיה שונה. מצב זה יכול להוביל לקיבולת סוללה נמוכה או גבוהה מדי. יתר על כן, חוסר אחידות כזה בעובי נוטה יותר לגרום לציפוי ליתיום במהלך מחזורי טעינה של הסוללה. ציפוי ליתיום צורך בהדרגה את הליתיום הפעיל בסוללה, דבר המשפיע קשות על קצב שמירת הקיבולת ומקצר את חיי השירות של הסוללה.
2. שיטת הציפוי של מכונת ציפוי סוללות ליתיום
במהלך המחקר, הפיתוח והייצור של סוללות ליתיום-יון, חוקרים ומהנדסים פיתחו שיטות ציפוי שונות כדי לעמוד בדרישות ייצור שונות. נכון לעכשיו, שיטות הציפוי הנפוצות והנפוצות ביותר הן ציפוי באמצעות העברת גלגול קוממה וציפוי באמצעות שחול חריץ.
2.1 ציפוי העברה בגליל פסיק
עקרון עבודה: ציפוי העברה בגליל פסיק הוא שיטת ציפוי מסורתית. התהליך מתחיל בכוונון הרווח בין גליל הציפוי ללהב הפסיק כדי למזוג את המשחה על גליל הציפוי. לאחר מכן, על ידי כוונון הרווח בין גליל הגיבוי לגליל הציפוי, המשחה שנמדדה על גליל הציפוי מועברת במלואה על מצע נייר האלומיניום או נייר הנחושת.
2.2 ציפוי שחול חריץ-די
עקרון עבודה: ציפוי שחול באמצעות חריץ-דיה הוא שיטת ציפוי מדודה מראש בדיוק גבוה. היא מספקת משחה נוזלית ניוטונית או לא ניוטונית לתבנית החריץ באמצעות משאבת מדידה. תחת לחץ, המשחה מוחצבת באופן שווה מחריץ התבנית, ויוצרת שכבה נוזלית אחידה המצופה לאחר מכן על פני המצע.
3.1 מערכת בקרת פריקה ומתח
מנגנון פריקה: מנגנון הפריקה הוא נקודת ההתחלה של תהליך הציפוי. תפקידו העיקרי הוא לשאת ולשחרר ביציבות מצעים כגון נייר אלומיניום או נייר נחושת. הוא מצויד בדרך כלל במערכת לתיקון סטיית פריקה שיכולה לזהות במדויק כל סטייה של המצע במהלך הפריקה בזמן אמת. לאחר זיהוי סטייה, המערכת מתאימה את עצמה באופן אוטומטי כדי להבטיח שהמצע ינוע בהתמדה לאורך המסלול שנקבע מראש, ומספק אספקת מצע יציבה לפעולות הציפוי הבאות.
3.2 מערכת האכלה
הולכת משחה: מערכת ההזנה אחראית על אספקה יציבה של המשחה המעורבבת היטב למתקן הציפוי. ביישומים מעשיים, משאבות בורג או משאבות גלגלי שיניים משמשות בדרך כלל להולכת משחה. משאבות אלו יכולות לספק קצב זרימה יציב, עם דיוק בקרת זרימה של ±0.5%, מה שמבטיח אספקת משחה יציבה במהלך תהליך הציפוי ומניעת בעיות כגון עובי ציפוי לא אחיד הנגרם מתנודות בזרימת המשחה.
3.3 ציפוי ד'ים
תבניות העברה: תבניות העברה למכונות ציפוי סוללות מורכבות בעיקר מרכיבים כגון גלילי ציפוי, מגרדים וגלילי גיבוי. בתפעול מכונות ציפוי סוללות, כמות המשחה המדודה על גליל הציפוי נשלטת על ידי כוונון הרווח בין גליל הציפוי למגרד של תבניות ההעברה. לאחר מכן, על ידי כוונון הרווח בין גליל הגיבוי לגליל הציפוי של תבניות ההעברה, המשחה המדודה מועברת למצע במכונות ציפוי סוללות. סוג זה של תבניות המיושמות במכונות ציפוי סוללות בעל מבנה פשוט יחסית. עם זאת, במכונות ציפוי סוללות, עקב מגבלות מגורמים שונים, כגון דיוק העיבוד של רכיבים מכניים במכונות ציפוי סוללות ודיוק כוונון הרווח עבור תבניות ההעברה במכונות ציפוי סוללות, דיוק הציפוי שלה נמוך יחסית. לכן, תבניות ההעברה מתאימות ליישומים במכונות ציפוי סוללות שבהם נדרש דיוק ציפוי פחות מחמיר.
3.4מערכת ייבוש
תכנון תנור: תנור מערכת הייבוש הוא מכשיר מפתח לייבוש יריעות האלקטרודה המצופות. תנורים בדרך כלל מאמצים תכנון בקרת טמפרטורה מפולח, המחולק בדרך כלל ל-5-8 מקטעים. על ידי שליטה מדויקת בטמפרטורה של אזורים שונים, יריעות האלקטרודה יכולות להסיר בהדרגה ובאופן אחיד את הממסים במשחה במהלך תהליך הייבוש. ישנן שיטות חימום שונות לתנורים, כולל חימום חשמלי, חימום בשמן העברת חום וחימום בקיטור. במהלך תהליך החימום, נדרשת אחידות מהירות האוויר בתוך התנור להגיע ל-±5% כדי להבטיח שכל חלקי יריעת האלקטרודה יתייבשו באופן שווה, תוך הימנעות מדרגות ייבוש לא עקביות הנגרמות ממהירות אוויר לא אחידה, דבר שעלול להשפיע על איכות יריעת האלקטרודה.
4. משוואהגורמי ציוד המשפיעים על ביצועי הציפוי איכות ביצועי הציפוי מושפעת באופן מקיף מגורמי ציוד מרובים, הקשורים זה בזה. כל בעיה באחד החוליות עלולה להוביל לירידה באיכות הציפוי.
4.1 דיוק ויציבות הציוד
תנודות מתח: כפי שצוין קודם לכן, יציבות מתח המצע במהלך תהליך הציפוי היא קריטית לאיכות הציפוי. כאשר סטיית המתיחות עולה על 1%, המצע נוטה להחלקה או לעיוות מתיחה. החלקה עלולה לגרום לשינויים במיקום היחסי בין המצע לתבנית הציפוי במהלך תהליך הציפוי, וכתוצאה מכך עובי ציפוי לא אחיד. עיוות מתיחה, לעומת זאת, משנה את התכונות הפיזיקליות של המצע, ומשפיע על הביצועים הכוללים של הסוללה. לכן, מערכת בקרת מתח מדויקת במיוחד חיונית להבטחת איכות הציפוי.
4.2 בקרת טמפרטורה ולחות
טמפרטורת המשחה: לטמפרטורת המשחה יש השפעה ישירה על צמיגותה. כאשר טמפרטורת המשחה משתנה ביותר מ-1 מעלות צלזיוס, צמיגותה עשויה להשתנות ב-±5%. שינויים בצמיגות יובילו לסטיות בכמות הציפוי. לדוגמה, עלייה בצמיגות עשויה לגרום לעלייה בכמות הציפוי, בעוד שירידה בצמיגות עשויה להוביל לירידה בכמות הציפוי. שני המצבים ישפיעו על אחידות עובי הציפוי ועל עקביות הביצועים של הסוללה. לכן, שליטה מדויקת בטמפרטורת המשחה היא קריטית להבטחת איכות הציפוי.
טמפרטורת ייבוש: בקרת טמפרטורת הייבוש משחקת תפקיד מכריע באיכות יריעות האלקטרודה המצופות. במהלך תהליך הייבוש בתנור, אם בקרת הטמפרטורה המפולחת אינה נכונה, לדוגמה, אם הטמפרטורה בחלק הקדמי גבוהה מדי, הממס על פני יריעת האלקטרודה יתאדה במהירות, מה שיגרום ליצירת קרום על פני השטח, בעוד שהממס הפנימי לא יוכל להתאדות בזמן. זה יכול להוביל לבעיות כגון קילוף הציפוי או קצרים בסוללה. לכן, הגדרת הטמפרטורה של כל חלק בתנור בצורה סבירה והבטחת יציבות הטמפרטורה היא המפתח להבטחת איכות הייבוש של יריעת האלקטרודה.
4.3 שינוע משחה ויציבות שדה זרימה
תנודות בלחץ הזנה: בציפוי שחול מסוג חריץ-די, יציבות לחץ ההזנה קשורה ישירות לאחידות עובי הציפוי. כאשר לחץ ההזנה משתנה ביותר מ-5%, הדבר יגרום לעובי ציפוי לא אחיד, ויציג פגמים כגון דוגמאות מפוספסות או גליות. כדי להימנע ממצב זה, בדרך כלל יש צורך להתקין מיכל חיץ במערכת ההזנה ולאמץ טכנולוגיית בקרת לחץ בלולאה סגורה כדי להבטיח את יציבות לחץ ההזנה.
5. מגמות פיתוח טכנולוגי של מכונות ציפוי סוללות עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית סוללות ליתיום-יון והדרישות המחמירות יותר ויותר לביצועי סוללות בשוק, מכונות ציפוי סוללות עוברות גם הן חדשנות ושדרוג טכנולוגי מתמיד, דבר המציג את מגמות הפיתוח העיקריות הבאות.
