Mapa de defectos internos de celdas de bobinado de baterías de litio.

Mapa de defectos internos de celdas de bobinado de baterías de litio.

El bobinado es un proceso clave en el proceso de fabricación de baterías de iones de litio, que ensambla placas de electrodos positivos y negativos y separadores. Si se producen productos defectuosos, se desperdicia todo el núcleo de la bobina, incluidas las placas de electrodos positivos y negativos y los separadores. La tasa de rendimiento tiene un impacto significativo en el costo de fabricación de la batería y también afecta el rendimiento y la seguridad de la batería.

Generalmente, los mapas de defectos internos comunes del núcleo de la bobina se muestran en la siguiente figura, y cada mapa incluye la placa del electrodo positivo, el diafragma y la placa del electrodo negativo.

Figura 1 Mapa de defectos internos del núcleo de la bobina

Entre ellos, la primera fila (a) es un patrón normal sin defectos internos.

La tercera foto en la segunda fila (b) muestra una deformación por flexión de la placa del electrodo, que puede deberse a que la tensión no está bien controlada en el proceso de bobinado y la placa del electrodo está doblada. Este defecto puede causar una gran cantidad de arrugas en el electrodo de la batería durante la expansión y contracción repetidas durante la carga y descarga, lo que limita la utilización de la capacidad y puede provocar problemas como la precipitación de litio.

El defecto en la tercera fila (c) es la presencia de objetos extraños metálicos en el diafragma, que pueden haberse introducido durante los procesos de preparación o transporte del electrodo, como el laminado, corte y otros procesos del electrodo. También es posible que los restos de lámina se generen al cortar las piezas polares del proceso de bobinado. Los objetos metálicos extraños pueden provocar microcortocircuitos dentro de la batería, provocar una autodescarga grave y suponer riesgos para la seguridad. Los métodos de detección generales incluyen principalmente pruebas de resistencia de voltaje del aislamiento del núcleo de la batería, monitoreo del envejecimiento a alta temperatura y evaluación del valor k de autodescarga de productos no calificados.

El principal problema con la cuarta fila (d) es el recubrimiento desigual, que incluye dos espesores diferentes de las superficies positiva y negativa, y sin recubrimiento en un lado. Este defecto es causado principalmente por el proceso de recubrimiento o el desprendimiento del recubrimiento durante el proceso de preparación del electrodo. Generalmente, la detección CCD se configura para procesos de corte y laminado de placas polares, y las placas polares defectuosas se marcan para eliminar los productos defectuosos durante el proceso de bobinado. Sin embargo, no hay garantía de eliminación del 100% de los productos defectuosos. Si ocurre esta situación, la capacidad de la batería se pierde y hay una falta de coincidencia entre la capacidad del electrodo positivo y negativo, lo que provoca precipitación de litio y otros problemas.

El defecto de la quinta fila (e) es la presencia de objetos extraños no metálicos como polvo en su interior. Aunque esta situación no es tan dañina como los objetos metálicos extraños, también puede afectar el rendimiento de la batería. Cuando el tamaño es relativamente grande, también puede provocar grietas en el diafragma y microcortocircuitos entre los polos positivo y negativo.

El método para obtener el gráfico anterior es el siguiente: incrustar todo el núcleo de la bobina en resina epoxi adhesiva A y B y solidificarlo para mantener las características estructurales internas del núcleo de la bobina. Corte la sección transversal, muélala con papel de lija, púlala para obtener una muestra y obsérvela mediante microscopía electrónica de barrido. Obtuve una gran cantidad de fotografías e identifiqué estos patrones de defectos.

Figura 2 Proceso de observación de la microestructura central.


Además, puede haber roturas del polo en las esquinas de la celda enrollada, como se muestra en la Figura 3. La pieza polar es demasiado frágil y tiene un gran espesor, lo que es particularmente propenso a fracturarse.

Lo anterior es el mapa de defectos internos del núcleo de la bobina.