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資深工程師解答鋰電池生產(chǎn)十大問題!

來源: 深圳市萊恩瑞斯科技有限公司 人氣:694 發(fā)表時(shí)間:2021/12/14 10:40:04

一、負(fù)極涂布出現(xiàn)針孔的原因是什么?是材料沒有分散好的原因麼?有沒有可能是材料粒度分布不好的原因?

針孔的出現(xiàn)應(yīng)該有以下幾個(gè)因素會(huì)造成:

1.箔材不潔凈;

2.導(dǎo)電劑未分散;

3.負(fù)極主體材料未分散;

4.配方中有些成分中有雜質(zhì);

5.導(dǎo)電劑顆粒不均勻,分散困難;

6.負(fù)極顆粒不均勻,分散困難;

7.配方材料本身存在質(zhì)量問題;

8.攪拌鍋未清洗干凈,造成鍋內(nèi)有干粉殘留。

具體哪些原因,自己去過程監(jiān)控分析一下便可。

另外關(guān)于隔膜黑斑我在多年前就遇到過,我先簡(jiǎn)單解答一下,不對(duì)地方請(qǐng)指正。據(jù)分析,確定了黑斑是由于電池極化放電引起隔膜局部高溫,負(fù)極粉粘結(jié)到隔膜上而引起的,而極化放電是由于材料和工藝原因,電池卷芯內(nèi)存在有活性物質(zhì)附粉,造成電池化成充電后產(chǎn)生極化放電。要避免以上問題,首先要采用合適的和漿工藝解決活性物質(zhì)與金屬集體的粘結(jié),在電池極板制做、電池裝配中避免人為造成的脫粉。 

在涂布過程中加入一些不影響電池性能的添加劑確實(shí)可以改善極片的某些性能。當(dāng)然,在電解液里面加入這些成分,可以達(dá)到鞏固之功效。隔膜局部高溫,是由于極片的不均勻性造成,嚴(yán)格來說是屬于微短路,微短路會(huì)造成局部高溫,可能造成負(fù)極的脫粉。


二、電池內(nèi)阻過大的原因有哪些?

工藝方面:

1.正極配料導(dǎo)電劑過少(材料與材料之間導(dǎo)電性不好,因?yàn)殇団挶旧淼膶?dǎo)電性非常差)

2.正極配料粘結(jié)劑過多。(粘結(jié)劑一般都是高分子材料,絕緣性能較強(qiáng))

3.負(fù)極配料粘結(jié)劑過多。(粘結(jié)劑一般都是高分子材料,絕緣性能較強(qiáng))

4.配料分散不均勻。

5.配料時(shí)粘結(jié)劑溶劑不完全。(不能完全溶于NMP、水)

6.涂布拉漿面密度設(shè)計(jì)過大。(離子遷移距離大)

7.壓實(shí)密度太大,輥壓過實(shí)。(輥壓過死,活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)有的遭到破壞)

8.正極耳焊接不牢,出現(xiàn)虛焊接。

9.負(fù)極耳焊接或鉚接不牢,出現(xiàn)虛焊,脫焊。

10.卷繞不緊,卷芯松弛。(使正負(fù)極片間的距離增大)

11.正極耳與殼體焊接不牢固。

12.負(fù)極極耳與極柱焊接不牢。

13.電池烘烤溫度過高,隔膜收縮。(隔膜孔徑縮?。?/p>

14.注液量過少(導(dǎo)電率降低,循環(huán)后內(nèi)阻增大快?。?/p>

15.注液后擱置時(shí)間太短,電解液未充分浸潤(rùn)

16.化成時(shí)未完全活化。

17.化成過程電解液外漏太多。

18.生產(chǎn)過程水分控制不嚴(yán)格,電池膨脹。

19.電池充電電壓設(shè)置過高,造成過充。

20.電池貯存環(huán)境不合理。

材料方面:

21.正極材料電阻大。(導(dǎo)電性差,如如磷酸鐵鋰)

22.隔膜材料影響(隔膜厚度、孔隙率小、孔徑?。?/p>

23.電解液材料影響。(電導(dǎo)率小、粘度大)

24.正極PVDF材料影響。(量多或者分子量大)

25.正極導(dǎo)電劑材料影響。(導(dǎo)電性差,電阻高)

26.正負(fù)極極耳材料影響(厚度薄導(dǎo)電性差,厚度不均,材料純度差)

27.銅箔,鋁箔材料導(dǎo)電性差或表面有氧化物。

28.蓋板極柱鉚接接觸內(nèi)阻偏大。

29.負(fù)極材料電阻大。其他方面

30.內(nèi)阻測(cè)試儀器偏差。

31.人為操作。


三、電極片涂的不均勻,應(yīng)注意那些問題?

這個(gè)問題是比較常見的,本來解決起來比較容易,但是許多涂布工作人員不善于總結(jié),造成把一些存在的問題點(diǎn)默認(rèn)為正常的,無法避免的現(xiàn)象。首先要清楚知道,影響面密度的因素和影響面密度穩(wěn)定值的因素,才可以有針對(duì)性解決問題。

影響涂布面密度的因素有:

1.材料本身因素

2.配方

3.攪拌混料

4.涂布環(huán)境

5.刀口

6.漿料粘度

7.極片走速

8.地表水平度

9.涂布機(jī)精度

10.烤箱風(fēng)力

11.涂布張力等等...

影響極片均勻性的因素:

1.漿料質(zhì)量

2.漿料粘度

3.走速

4.箔材張力

5.張力平衡方式

6.涂布牽引長(zhǎng)度

7.噪音

8.地表平整度

9.刀口平整度

10.箔材平整度等等...

以上還只是列出了一些因素,具體還要自己分析原因,有針對(duì)性排除造成面密度異常的因素。


四、正負(fù)極的集流體分別用鋁箔和銅箔,有什么特別的原因嗎?反過來用有什么問題嗎?看到不少文獻(xiàn)直接用不銹鋼網(wǎng)的,有區(qū)別嗎?

1、采用兩者做集流體都是因?yàn)閮烧邔?dǎo)電性好,質(zhì)地比較軟(可能這也會(huì)有利于粘結(jié)),也相對(duì)常見比較廉價(jià),同時(shí)兩者表面都能形成一層氧化物保護(hù)膜。

2、銅表面氧化層屬于半導(dǎo)體,電子導(dǎo)通,氧化層太厚,阻抗較大;而鋁表面氧化層氧化鋁屬絕緣體,氧化層不能導(dǎo)電,但由于其很薄,通過隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子電導(dǎo),若氧化層較厚,鋁箔導(dǎo)電性級(jí)差,甚至絕緣。一般集流體在使用前最好要經(jīng)過表面清洗,一方面洗去油污,同時(shí)可除去厚氧化層。

3、正極電位高,鋁薄氧化層非常致密,可防止集流體氧化。而銅箔氧化層較疏松些,為防止其氧化,電位比較低較好,同時(shí)Li難與Cu在低電位下形成嵌鋰合金,但是若銅表面大量氧化,在稍高電位下Li會(huì)與氧化銅發(fā)生嵌鋰發(fā)應(yīng)。AL箔不能用作負(fù)極,低電位下會(huì)發(fā)生LiAl合金化。

4、集流體要求成分純。AL的成分不純會(huì)導(dǎo)致表面膜不致密而發(fā)生點(diǎn)腐蝕,更甚由于表面膜的破壞導(dǎo)致生成LiAl合金。銅網(wǎng)用硫酸氫鹽清洗后用去離子水清洗后烘烤,鋁網(wǎng)用氨鹽清洗后用去離子水清洗后烘烤,再噴網(wǎng)導(dǎo)電效果好。


五、在測(cè)卷心短路時(shí),采用的電池短路測(cè)試儀,電壓多高時(shí),可以準(zhǔn)確測(cè)試出短路電芯,還有,短路測(cè)試儀的高電壓擊穿原理是什么樣的?

用多高的電壓來測(cè)電芯短路,和以下幾個(gè)因素有關(guān):

1.貴公司的工藝水平;

2.電池本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.電池的隔膜材料

4.電池的用途

不同的公司采用的電壓不太一樣,不過很多公司都是不管型號(hào)大小容量高低清一色用同一電壓的。以上幾個(gè)因素按照從重到輕的順序可以這樣排列:1>4>3>2,即是說,貴公司的工藝水平?jīng)Q定短路電壓大小。

擊穿原理簡(jiǎn)單說來,就是由于在極片與隔膜間,如果存在一些潛在短路的因素,如粉塵,顆粒,較大隔膜孔,毛刺等,我們可以稱之為薄弱環(huán)節(jié)。在固定的,較高的電壓下,這些薄弱的環(huán)節(jié)使得正負(fù)極片間的接觸內(nèi)阻要比其它地方要小,容易電離空氣產(chǎn)生電?。换蛘呤钦?fù)極已經(jīng)短路,接觸點(diǎn)較小,在高壓條件下,這些小接觸點(diǎn)瞬間有大電流通過,電能瞬間轉(zhuǎn)換成熱能,造成隔膜融化或瞬間擊穿。

 

六、材料粒徑大小對(duì)放電電流影響是怎么樣的?

簡(jiǎn)單說來,粒徑越小,導(dǎo)電性越好,粒徑越大,導(dǎo)電性越差,自然地,高倍率材料一般都是高結(jié)構(gòu)小顆粒高導(dǎo)電性的。

只是從理論上分析,實(shí)際如何實(shí)現(xiàn),那只能讓做材料的朋友來解釋,提高小粒徑材料的導(dǎo)電能力是一件很困難的事情,特別是納米級(jí)材料,而且小顆粒的材料壓實(shí)會(huì)比較小,即體積容量小。


七、正負(fù)極極片在對(duì)輥后,烘烤12小時(shí)存放一天反彈了10um,為什么會(huì)有這么大的反彈呢?

有兩個(gè)最本質(zhì)的影響因素:材料和工藝。

1. 材料的性能決定了反彈系數(shù),不同的材料反彈系數(shù)不一樣;同一種材料,不同的配方,反彈系數(shù)不同;同一材料,同一配方,壓片厚度不一樣,反彈系數(shù)不同;

2. 如果過程工序控制不好,也會(huì)造成反彈。存放時(shí)間,溫度,壓力,濕度,堆積方式,內(nèi)應(yīng)力,設(shè)備等等。


八、圓柱電池漏液?jiǎn)栴}怎么解決?

圓柱為閉口化成,在注液后封口,因此,封口自然就成為圓柱封口的難點(diǎn)目前圓柱電池封口大概有以下幾種方式:

1.激光焊封口

2.密封圈封口

3.膠水封口

4.超聲波振動(dòng)封口

5.以上幾種封口類型兩種或兩種以上的組合

6.其它封口方式

漏液的幾種引起因素:

1.封口不牢造成漏液,通常有封口處變形,封口處被污染,屬于封口不良。

2.封口的穩(wěn)定性也是一個(gè)因素,即封口時(shí)檢驗(yàn)合格,但是封口處容易被破壞,造成漏液。

3.化成或測(cè)試時(shí)產(chǎn)氣,達(dá)到封口可承受的最大應(yīng)力,沖擊封口,造成漏液。與第2 點(diǎn)的區(qū)別是,第2點(diǎn)屬于不良品漏液,第3點(diǎn)屬破壞型漏液,即封口合格,只是內(nèi)壓過大使封口破壞。

4.其它漏液方式。

具體怎么解決,要看引起漏液的原因,只要找出原因,就容易解決了,難就難在原因不好找,因?yàn)閳A柱的封口效果比較難檢驗(yàn),大多屬破壞類型,用于抽檢。


九、做實(shí)驗(yàn)時(shí),電解液都是過量的,在不溢出的情況下,電解液過量對(duì)電池性能有影響嗎?不溢出?

有好幾種情況:

1.電解液剛剛好

2.電解液略有過量

3.電解液大量過量,但是未達(dá)極限

4.電解液大量過量,已經(jīng)接近極限

5.已經(jīng)滿到極限,可以封口

第一種情況是理想情況,沒有什么問題。

第二種情況嘛,略有過量有時(shí)是一個(gè)精度問題,有時(shí)是一個(gè)設(shè)計(jì)問題,一般會(huì)設(shè)計(jì)過量一些

第三種情況,也沒有什么問題,只是浪費(fèi)點(diǎn)成本。

第四種情況就有點(diǎn)危險(xiǎn)。因?yàn)殡姵卦谑褂没驕y(cè)試過程中,會(huì)由于各種原因:造成電解液分解,產(chǎn)生部分氣體;電池發(fā)熱,產(chǎn)生熱脹;以上兩種情況很容易造成電池的鼓殼(也可以叫變形)或漏液,增加了電池的安全隱患。

第五種情況,其實(shí)是第四種情況的加強(qiáng)版,危險(xiǎn)性就更大了。

再說夸張一些,液態(tài)也可以成為電池的。即是將正負(fù)極同時(shí)插入裝有大量電解液的容器中(比如說500ML燒杯),此時(shí),對(duì)正負(fù)極可以進(jìn)行充放電,也是一個(gè)電池,那這里的電解液過量就不是一點(diǎn)點(diǎn)了。電解液只是一個(gè)導(dǎo)電的媒介。但是電池的體積是有限的,在有限的體積內(nèi),自然要考慮空間利用和形變的問題。


十、注液量偏少,電池分容后會(huì)導(dǎo)致鼓殼嗎?

只能說不一定,要看注液量少到什么程度。

1.如果電芯被電解液完全浸潤(rùn),但是并無殘留,此時(shí)分容后電池不會(huì)鼓殼;

2.如果電芯被電解液完全浸潤(rùn),有少部分殘留,但是比貴公司的要求注液量要少一些(當(dāng)然這個(gè)要求并不一定是最佳值,略有偏差),此時(shí)分容電池不會(huì)鼓殼;

3.如果電芯被電解液完全浸潤(rùn),有大量電解液殘留,但是貴公司對(duì)注液量的要求比實(shí)際偏高,此時(shí)所謂的注液量不足只是一個(gè)公司的概念,而并不能真實(shí)反應(yīng)電池的實(shí)際注液量的合適程度,分容電池不鼓殼;

4.實(shí)質(zhì)性的注液量不足。這也是看程度而言。如果電解液勉強(qiáng)能夠浸潤(rùn)電芯,分容后可能鼓殼,也可能不鼓,只是分容電池鼓殼的機(jī)率大一些;

如果電芯的注液量出現(xiàn)嚴(yán)重不足的情況,那么,電池在化成時(shí)的電能并不能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,此時(shí),分容電芯的鼓殼的機(jī)率幾乎是100%。

那么,就可以做如下總結(jié):假設(shè)電池的實(shí)際最佳注液量為Mg,以注液量偏小,分以下幾種情況:

1.注液量=M:電池正常

2.注液量略小于M:電池分容不鼓殼,容量可能正常,也可能略低于設(shè)計(jì)值,循環(huán)鼓殼機(jī)率增大,循環(huán)性能變差;

3.注液量遠(yuǎn)小于M:電池分容鼓殼率相當(dāng)高,電池出現(xiàn)低容,循環(huán)穩(wěn)定性極差,一般幾十周容量即低于80%

4.M=0,電池不鼓殼,無容量。