钜大LARGE | 点击量：4795次 | 2020年12月31日
锂离子电池极片涂层气泡缺陷？
分和毛刺是锂离子电池生产过程中需要严格控制的关键因素。严格控制电池生产环境的粉尘对锂离子电池的安全和性能至关重要。
生产环境粉尘控制不足会导致涂层表面产生大量的气泡，由于锂离子电池的极片表面质量对电池使用性能影响很大，如果极片上存在气泡等异常点，会使电池的循环寿命、放电稳定性和使用安全性存在较大隐患。因此，涂布液的脱泡技术和涂布后极片表面气泡消除问题值得研究。
1涂层气泡概述
1.1涂层气泡现状描述
生产中发现，涂布时涂层表面会出现大小不一的圆形异常区域，经过辊压机辊压后，图1中涂覆区表面出现的圆形颜色异常区域即为气泡，圆形区内部颜色较深，说明此处碳层偏薄，轻度凹陷导致未辊压到；圆形区边缘出现亮色边线，是因为此处偏厚，压实密度较大。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
1.2气泡微观成像及来源分析
涂层出现气泡会导致生产报废，那么气泡出现的原因是什么呢？只有了解气泡构成才能查出气泡来源，进而从根本上消除气泡。从生产现场选取带有气泡的负极片，取样后使用扫描电镜放大200倍观察，发现气泡处有异物，呈纤维状或者片状，如图2所示，说明此类极片在涂布时涂布液内混入了杂质，此类杂质是由于生产过程中环境洁净度不合格导致。
1.3电池拆解、循环实验及气泡危害分析
1.3.1循环实验及电性能分析
将气泡极片制成3只电池，在常温下进行500次循环性能实验，当电池容量保持率低于90%时实验自动终止。3只电池使用的负极气泡极片比例占电池总负极片的比例分别为10%、40%、70%，电池的循环结果见图3，实验结果见表1。
从数据可以看出，3只电池的循环性能都较差，且电池内部气泡极片比例越高，循环性能越差。电池2和电池3由于容量保持率低于90%，提前终止了循环实验；电池1循环500次后的容量保持率较低，满足不了客户要求，因此，制定消泡措施意义重大。
1.3.2电池拆解及安全性能分析
将上述3只电池在满电状态下解剖，气泡处外观如图4所示。
可以看出，与正常区域相比，化成后气泡中心是白色，说明此处发生析锂，周围有一圈暗灰色过渡，说明此处碳层较厚，锂离子未完全嵌入，刚好与图1对应。原理是：电池充放电时发生电泳反应，当正极片对面的负极部位容量不足时，充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中，会在负极片表面析出，形成突起状枝晶，而下一次充电时，这个突起部分更容易造成锂的析出，经过几十至上百次的循环充放电后，枝晶会长大，最后会刺穿隔膜，使内部产生短路，导致安全事故发生。因此应尽量杜绝涂布表面气泡的产生。
2消泡措施
要从根本上消除极片表面气泡，需要找到气泡产生的原因。
2.1气泡产生原理
在合浆、转运和涂布过程中，粉尘或长度较大的毛絮物等异物混入涂布液中或落到湿涂层表面，该处涂层表面张力因受外力影响导致分子间作用力发生改变，浆料发生轻度转移，经烘干后形成圆形痕迹，中间偏薄，其变化过程如图5所示。
2.2消泡措施
结合锂电池生产工艺，针对由异物导致的这种涂布气泡，需要找出生产过程中浆料可能混入异物的所有环节，加以严格控制，才能减少此类气泡，例如原材料自带异物、原材料存储不当混入异物、合浆搅拌过程混入异物、浆料转运过程混入异物、车间大环境中异物落入浆料和湿涂层表面从而产生的涂布气泡等。需要提高车间环境洁净度和加强生产过程密闭性、减少外界异物与涂布浆料接触等方法来消除涂布气泡，
具体包括：
(1)严控原材料的生产、包装、运输、存储等过程，禁止异物混入；加强原材料入检。
(2)保持合浆车间洁净度。采用自动投料设备，减少投料过程人员参与；合浆车间的人员和物料通道要分开布置。
(3)搅拌完成的浆料禁止暴露在外部环境中，要密封保存。
(4)合浆工和涂布工着装规范，穿防尘服，并使用无尘布、橡胶手套等无尘无屑的劳保用品进行作业。
(5)涂布机周围的环境洁净度要达标，防止异物落到湿涂层表面，包括以下几点：涂布机头料槽要加盖防护罩，防止异物落入料中；涂布机烘箱内部和进出风道要定期清理除尘；涂布机进风要经过严格过滤且定期更换滤芯；涂布机出风口要安装单向阀门，避免停机时外部污染源倒灌入涂布机烘箱。
(6)当增加涂布烘箱排风量时，会突然出现大量涂布气泡，
原因是：涂布烘箱进出风道积尘较多，很难清理，增大风量会将积尘吹入烘箱落在湿涂层上，产生大量涂布气泡。消泡措施包括：一，烘箱风道定期除尘；二，将烘箱风量数据固化在工艺文件中，无权限人员不得随意调节。
实际生产中，一旦出现气泡，可以根据上述措施逐条排除，只有上述多项措施全面持续地实施，才可以持续降低生产现场的气泡报废率，从而提高产品质量、降低生产成本。
3电池性能的改善和提升
消泡措施实施后，取2只正常无气泡电池在常温下进行500次循环性能实验，当电池容量保持率低于90%时实验自动终止。电池的循环结果见图6。
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