Batteriebeschichtungsanlagen: Schlüsselausrüstung in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion
Die Beschichtungstechnologie ist ein Verfahren, das auf der Untersuchung von Flüssigkeitseigenschaften basiert. Dabei werden eine oder mehrere Flüssigkeitsschichten auf ein Substrat, üblicherweise eine flexible Folie oder ein Trägerpapier, aufgetragen. Die aufgetragene Flüssigkeitsschicht wird anschließend in einem Ofen getrocknet oder ausgehärtet, um eine spezielle Funktionsfolie zu bilden. Zu den wichtigsten Verfahren zur Beschichtung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien zählen derzeit die Komma-Rollen-Transferbeschichtung und die Schlitzextrusionsbeschichtung.
1. Prinzip und Klassifizierung vonBatteriebeschichtungsmaschineAusrüstung:
Auswirkungen auf die Batteriekapazität: Wenn während des Beschichtungsprozesses die Schichtdicke der positiven und negativen Elektrodenpaste auf der Elektrodenplatte variiert, beispielsweise im vorderen, mittleren und hinteren Bereich, variiert auch der Reaktionsgrad der aktiven Materialien beim Laden und Entladen der Batterie. Dies kann zu einer zu niedrigen oder zu hohen Batteriekapazität führen. Darüber hinaus kann eine solche ungleichmäßige Schichtdicke beim Batterieladen zu einer Lithiumplattierung führen. Durch die Lithiumplattierung wird das aktive Lithium in der Batterie allmählich verbraucht, was den Kapazitätserhalt erheblich beeinträchtigt und die Lebensdauer der Batterie verkürzt.
2. Das Beschichtungsverfahren der Lithiumbatterie-Beschichtungsmaschine
Im Zuge der Forschung, Entwicklung und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien haben Forscher und Ingenieure verschiedene Beschichtungsverfahren entwickelt, um unterschiedlichen Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Die derzeit gängigsten und am weitesten verbreiteten Beschichtungsverfahren sind die Komma-Rollen-Transferbeschichtung und die Schlitzdüsen-Extrusionsbeschichtung.
2.1 Komma-Roll-Transferbeschichtung
Funktionsprinzip: Die Komma-Rollen-Transferbeschichtung ist ein traditionelles Beschichtungsverfahren. Der Prozess beginnt mit der Anpassung des Abstands zwischen der Beschichtungswalze und der Komma-Klinge, um die Paste auf die Beschichtungswalze zu dosieren. Anschließend wird durch Anpassung des Abstands zwischen Stützwalze und Beschichtungswalze die auf der Beschichtungswalze dosierte Paste vollständig auf das Aluminium- oder Kupferfoliensubstrat übertragen.
2.2 Breitschlitzdüsen-Extrusionsbeschichtung
Funktionsprinzip: Die Schlitzdüsen-Extrusionsbeschichtung ist ein hochpräzises, vordosiertes Beschichtungsverfahren. Mithilfe einer Dosierpumpe wird der Schlitzdüse eine newtonsche oder nicht-newtonsche flüssige Paste zugeführt. Unter Druck wird die Paste gleichmäßig aus dem Schlitz der Düse extrudiert und bildet einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm, der anschließend auf die Substratoberfläche aufgetragen wird.
3.1 Abwickel- und Spannungsregelsystem
Abwickelmechanismus: Der Abwickelmechanismus ist der Ausgangspunkt des Beschichtungsprozesses. Seine Hauptfunktion besteht darin, Substrate wie Aluminium- oder Kupferfolie zu transportieren und stabil freizugeben. Er ist üblicherweise mit einem Abwickelabweichungskorrektursystem ausgestattet, das Abweichungen des Substrats während des Abwickelns in Echtzeit präzise erkennt. Sobald eine Abweichung erkannt wird, passt sich das System automatisch an, um sicherzustellen, dass sich das Substrat gleichmäßig entlang des vorgegebenen Pfads bewegt und so eine stabile Substratversorgung für nachfolgende Beschichtungsvorgänge gewährleistet.
3.2 Fütterungssystem
Pastenförderung: Das Fördersystem sorgt für die gleichmäßige Zufuhr der gut gemischten Paste zur Beschichtungsdüse. In der Praxis werden üblicherweise Schrauben- oder Zahnradpumpen zur Pastenförderung eingesetzt. Diese Pumpen gewährleisten eine stabile Durchflussrate mit einer Durchflussregelgenauigkeit von ±0,5 %. Dadurch wird eine stabile Pastenzufuhr während des Beschichtungsprozesses gewährleistet und Probleme wie ungleichmäßige Beschichtungsdicken aufgrund von Schwankungen im Pastenfluss vermieden.
3.3 Beschichtung Dies
Transferdüsen: Transferdüsen für Batteriebeschichtungsanlagen bestehen hauptsächlich aus Komponenten wie Beschichtungswalzen, Abstreifer und Stützwalzen. Beim Betrieb von Batteriebeschichtungsanlagen wird die auf die Beschichtungswalze dosierte Pastenmenge durch Einstellen des Abstands zwischen Beschichtungswalze und Abstreifer der Transferdüse geregelt. Anschließend wird die dosierte Paste durch Einstellen des Abstands zwischen Stützwalze und Beschichtungswalze der Transferdüse auf das Substrat in Batteriebeschichtungsanlagen übertragen. Diese Art von Düse, die in Batteriebeschichtungsanlagen eingesetzt wird, ist relativ einfach aufgebaut. Aufgrund verschiedener Faktoren, wie der Bearbeitungsgenauigkeit mechanischer Komponenten und der Präzision der Spalteinstellung der Transferdüse, ist die Beschichtungsgenauigkeit in Batteriebeschichtungsanlagen jedoch relativ gering. Daher eignet sich die Transferdüse für Anwendungen in Batteriebeschichtungsanlagen, bei denen weniger hohe Anforderungen an die Beschichtungsgenauigkeit gestellt werden.
Ofendesign: Der Ofen des Trocknungssystems ist ein zentrales Gerät zum Trocknen der beschichteten Elektrodenfolien. Öfen verfügen üblicherweise über ein segmentiertes Temperaturregeldesign, das in der Regel in 5–8 Segmente unterteilt ist. Durch die präzise Temperaturregelung der verschiedenen Zonen können die Lösungsmittel in der Paste während des Trocknungsprozesses schrittweise und gleichmäßig aus den Elektrodenfolien entfernt werden. Es gibt verschiedene Heizmethoden für Öfen, darunter Elektroheizung, Wärmeträgerölheizung und Dampfheizung. Während des Heizvorgangs muss die Gleichmäßigkeit der Luftgeschwindigkeit im Ofen ±5 % erreichen, um sicherzustellen, dass alle Teile der Elektrodenfolie gleichmäßig getrocknet werden. Ungleichmäßige Trocknungsgrade durch ungleichmäßige Luftgeschwindigkeit, die die Qualität der Elektrodenfolie beeinträchtigen könnten, werden vermieden.
4. GleichungAusrüstungsfaktoren, die die Beschichtungsleistung beeinflussen Die Qualität der Beschichtungsleistung wird umfassend von mehreren Ausrüstungsfaktoren beeinflusst, die miteinander in Beziehung stehen. Jedes Problem in einem Glied kann zu einer Verschlechterung der Beschichtungsqualität führen.
4.1 Genauigkeit und Stabilität der Geräte
Spannungsschwankungen: Wie bereits erwähnt, ist die Stabilität der Substratspannung während des Beschichtungsprozesses entscheidend für die Beschichtungsqualität. Bei Spannungsabweichungen über 1 % neigt das Substrat zum Verrutschen oder zur Dehnungsverformung. Durch das Verrutschen kann sich die relative Position zwischen Substrat und Beschichtungsdüse während des Beschichtungsprozesses verändern, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtungsdicke führt. Dehnungsverformungen wiederum verändern die physikalischen Eigenschaften des Substrats und beeinträchtigen die Gesamtleistung der Batterie. Daher ist ein hochpräzises Spannungsregelsystem zur Gewährleistung der Beschichtungsqualität unerlässlich.
4.2 Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle
Pastentemperatur: Die Temperatur der Paste hat direkten Einfluss auf ihre Viskosität. Schwankt die Pastentemperatur um mehr als 1 °C, kann sich ihre Viskosität um ±5 % ändern. Viskositätsänderungen führen zu Abweichungen in der Beschichtungsmenge. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Viskosität zu einer Erhöhung der Beschichtungsmenge führen, während eine Verringerung der Viskosität zu einer Verringerung der Beschichtungsmenge führen kann. Beide Situationen beeinträchtigen die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke und die Leistungskonsistenz der Batterie. Daher ist eine präzise Kontrolle der Pastentemperatur entscheidend für die Gewährleistung der Beschichtungsqualität.
Trocknungstemperatur: Die Kontrolle der Trocknungstemperatur spielt eine entscheidende Rolle für die Qualität beschichteter Elektrodenfolien. Bei unsachgemäßer Temperaturregelung während des Ofentrocknungsprozesses, beispielsweise bei zu hoher Temperatur im vorderen Bereich, verdunstet das Lösungsmittel auf der Oberfläche der Elektrodenfolie schnell, wodurch sich eine Kruste bildet, während das Lösungsmittel im Inneren nicht rechtzeitig verdunsten kann. Dies kann zu Problemen wie Abblättern der Beschichtung oder Kurzschlüssen in der Batterie führen. Daher ist eine sinnvolle Einstellung der Temperatur in jedem Ofenbereich und die Gewährleistung der Temperaturstabilität entscheidend für die Trocknungsqualität der Elektrodenfolie.
4.3 Pastentransport und Strömungsfeldstabilität
Förderdruckschwankungen: Bei der Schlitzdüsen-Extrusionsbeschichtung hängt die Stabilität des Förderdrucks direkt mit der Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke zusammen. Schwankt der Förderdruck um mehr als 5 %, führt dies zu einer ungleichmäßigen Beschichtungsdicke und kann zu Fehlern wie Streifen- oder Wellenmustern führen. Um dies zu vermeiden, ist es in der Regel erforderlich, einen Puffertank im Fördersystem zu installieren und eine Druckregeltechnik mit geschlossenem Regelkreis einzusetzen, um die Stabilität des Förderdrucks zu gewährleisten.
5. Technologische Entwicklungstrends bei Batteriebeschichtungsmaschinen Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterietechnologie und den immer strengeren Anforderungen an die Batterieleistung auf dem Markt werden auch Batteriebeschichtungsmaschinen kontinuierlich technologisch weiterentwickelt und verbessert. Dabei zeigen sich die folgenden wichtigen Entwicklungstrends.
