สาเหตุและวิธีแก้ปัญหาเสี้ยนบนชิ้นขั้วแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นระบบที่ซับซ้อน รวมถึงวัสดุขั้วบวก วัสดุขั้วลบ ตัวคั่น อิเล็กโทรไลต์ ตัวสะสมกระแสไฟฟ้า สารยึดเกาะ สารนำไฟฟ้า ฯลฯ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของขั้วบวกและลบ การนำลิเธียมไอออน และ การนำไฟฟ้าและการแพร่ความร้อนเป็นต้น

กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมมีระยะเวลายาวนานและเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ มากมาย แต่ละกระบวนการจะมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์ของแบตเตอรี่ลิเธียม เช่น ความจุแบตเตอรี่ และอัตราการชาร์จแบตเตอรี่และคายประจุ เป็นต้น มีปัจจัยสำคัญหลายประการที่ต้องควบคุมอย่างเข้มงวดในระหว่างกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม ปัจจัยเหล่านี้ ได้แก่ ฝุ่น ความชื้น เสี้ยน และอนุภาคโลหะ ในบทความนี้ เราจะพูดถึงการเกิด อันตราย การวัด และการควบคุมเสี้ยน

เหตุใดจึงมีเสี้ยนเกิดขึ้น

ในการผลิตจริงเพื่อผลิตแบตเตอรี่ที่มีขนาดเฉพาะนั้น ชิ้นขั้วแบตหลังจากเคลือบและรีดไม่สามารถใช้ประกอบโดยตรงได้ ชิ้นขั้วแบตจำเป็นต้องผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การตัด และการเจาะ ในระหว่างกระบวนการนี้สาเหตุของการเกิดเสี้ยน ดังนี้:

• การสึกหรอของเครื่องมือ: เมื่อใช้เครื่องมือเป็นเวลานาน การสึกหรอจะทำให้คมตัดทื่อ ส่งผลให้เกิดเสี้ยน
• ความล้มเหลวของอุปกรณ์: ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ความล้มเหลวของระบบส่งกำลัง ระบบกำหนดตำแหน่งเครื่องมือ ฯลฯ อาจทำให้การสัมผัสระหว่างเครื่องมือกับวัสดุไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดเศษ
• การทำงานที่ไม่เหมาะสม: การใช้เครื่องมือและอุปกรณ์อย่างไม่เหมาะสมของผู้ปฏิบัติงาน เช่น การติดตั้งเครื่องมือที่ไม่ถูกต้อง ความเร็วป้อนที่มากเกินไป ฯลฯ อาจนำไปสู่การเกิดเสี้ยนได้เช่นกัน
• ปัญหาด้านวัสดุ: คุณลักษณะของวัสดุชิ้นขั้วแบตเตอรี่ลิเธียม เช่น ความต้านทานแรงดึง ความแข็ง ฯลฯ อาจส่งผลต่อการเกิดเสี้ยนด้วย

อันตรายจากเสี้ยนมีอะไรบ้าง

การมีอยู่ของเสี้ยนจะส่งผลเสียต่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ต้องหลีกเลี่ยงการเกิดเสี้ยน อันตรายจะคล้ายกับอันตรายของฝุ่นบนแบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นการคายประจุเองสูง ไฟฟ้าลัดวงจร ไฟไหม้และ การระเบิด ฯลฯ ความรุนแรงของอันตรายจากเศษเสี้ยนจำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น ตำแหน่งและขนาดที่เฉพาะเจาะจง

การคายประจุเองสูง

การคายประจุเองสูงหมายถึงปรากฏการณ์แรงดันแบตเตอรี่ลดลงและการสูญเสียพลังงานเมื่อไม่ได้ใช้งาน เมื่อการสูญเสียนี้เกินจำนวนที่กำหนดภายใต้สถานการณ์ที่กำหนด แบตเตอรี่จะถือเป็นผลิตภัณฑ์ B หรือแบตเตอรี่ที่เป็นเศษ เมื่อ HSD ร้ายแรงมาก แบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มจะหมดในไม่ช้า และแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะกลายเป็น 0V แรงดันไฟฟ้าต้องไม่ต่ำกว่า 2.0V ไม่ว่าในกรณีใด ๆ หากแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 2.0V แบตเตอรี่จะเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้สูญเสียความสามารถในการชาร์จและคายประจุและแบตเตอรี่จะถูกทิ้ง

สาเหตุที่ทำให้เกิดเสี้ยนทำให้เกิดการคายประจุในแบตเตอรี่ลิเธียมสูงก็คือ เสี้ยนที่มีขนาดใหญ่เกินไปเจาะทะลุตัวแยก และการสัมผัสระหว่างขั้วบวกและขั้วลบทำให้เกิดการลัดวงจรทางกายภาพ ส่งผลให้มีการคายประจุในตัวเองเพิ่มขึ้น

ไฟฟ้าลัดวงจร

พลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่มาจากแกนกลาง ซึ่งมีขั้วบวกและขั้วลบเป็นแหล่งพลังงาน เมื่อใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วงจรภายนอกจะส่งอิเล็กตรอน และลิเธียมไอออนจะกระสวยภายในอิเล็กโทรไลต์และแยกส่วนออกจากวัสดุขั้วบวกและลบ ตัวแยกจะแยกแผ่นขั้วบวกและลบ

หากเสี้ยนมีขนาดใหญ่เกินไป ขั้วบวกและลบภายในแบตเตอรี่จะสัมผัสกันโดยตรง และด้านในของแบตเตอรี่จะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และแบตเตอรี่จะมีไฟฟ้าลัดวงจรภายใน หากแบตเตอรี่ลัดวงจรภายใน แบตเตอรี่จะทำให้เกิดความร้อนจำนวนมาก และเนื่องจากแบตเตอรี่ทำให้เกิดความร้อนมาก แบตเตอรี่อาจติดไฟและระเบิดได้

ไฟไหม้และการระเบิด

เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชาร์จเต็มแล้วเกิดการลัดวงจรภายในอย่างกะทันหันจะปล่อยความร้อนจำนวนมากออกมาทันที เมื่อความร้อนสะสมจำนวนมากและไม่สามารถปล่อยออกมาได้จะทำให้แบตเตอรี่ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น จะทำให้เกิดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในวัสดุขั้วบวกและลบ ปล่อยความร้อนมากขึ้น มีการผลิตก๊าซจำนวนมาก และความดันภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นำไปสู่ผลกระทบร้ายแรงจากการระเบิดของแบตเตอรี่

การระเบิดจะทำให้ชิ้นส่วนแบตเตอรี่กระจัดกระจาย ซึ่งสามารถทำร้ายผู้คนได้ง่าย และยังอาจทำให้อิเล็กโทรไลต์ติดไฟซึ่งอาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้ง่าย เสี้ยนบนชิ้นขั้วสามารถเจาะกระดาษตัวคั่นที่เปราะบางได้ง่าย ทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงดังกล่าว

การวัดเสี้ยน

ในช่วงแรกๆ เนื่องจากข้อจำกัดด้านทรัพยากรหรือขาดคำแนะนำมาตรฐานที่มีประสิทธิภาพ บางบริษัทจึงใช้ระบบสัมผัสหรือแว่นขยายในการสังเกตและวัดผล ตอนนี้ดูเหมือนว่าวิธีการวัดเหล่านี้เป็นเรื่องส่วนตัวเกินไปและไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์เพียงพอ

มีพื้นฐานไม่เพียงพอสำหรับการตัดสินผลกระทบของเสี้ยนบนแบตเตอรี่ โดยทั่วไปแล้ว เสี้ยนที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นง่ายต่อการระบุ ในขณะที่เสี้ยนที่สังเกตด้วยตาเปล่าได้ยากมักจะถึงระดับไมครอน และต้องใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมในการวัด เช่น เครื่องมือวัดภาพ

ความสูงของเสี้ยนสามารถอ้างอิงได้จากแผนผังต่อไปนี้ โดยที่ “B” หมายถึงเสี้ยน และความกว้างที่ทับซ้อนตัวคั่นหมายถึงความสูงของเสี้ยน การทดสอบขนาดเสี้ยนคือการวัดความสูงของเสี้ยนในแนวตั้ง

การควบคุมการเกิดเสี้ยน

ผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมควรใช้วิธีการควบคุมการออกแบบหรือการผลิตเพื่อป้องกันการลัดวงจรภายในที่เกิดจากเสี้ยน ข้อควรระวังในการออกแบบอาจรวมถึงการใช้เทปฉนวนหรือการเคลือบฉนวนบนฟอยล์อ่อน ฯลฯ หรือการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมที่เป็นเอกสาร (เช่น FMEA) แสดงให้เห็นว่าความสูงของเสี้ยนจะไม่ทำให้เกิดการลัดวงจรภายใน

หากไม่มีข้อควรระวังในการออกแบบที่เหมาะสม (เช่น เทป การเคลือบ หรือการวิเคราะห์ FMEA) ควรตรวจสอบจุดตัดแต่ละจุดและวัดความสูงของเสี้ยนอย่างน้อยหนึ่งครั้งต่อกะหรือต่อชุดการผลิต ความสูงของเสี้ยนที่วัดได้ควรน้อยกว่า 50% ของขีดจำกัดล่างของค่าเผื่อความหนาของตัวคั่น

ในกรณีที่ความสูงของเสี้ยนมากกว่าหรือเท่ากับ 50% ของขีดจำกัดความทนทานต่อตัวคั่นส่วนล่าง การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมที่ได้รับการบันทึกไว้ (เช่น FMEA) ควรแสดงให้เห็นว่าความสูงของเสี้ยนเหนือขีดจำกัดจะไม่ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน ปัจจัยที่ต้องพิจารณารวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะ: ความหนาของชั้นเคลือบ ความหนาของตัวแยก พื้นที่ของอิเล็กโทรดแบบเคลือบและไม่เคลือบ ฉนวนและการทับซ้อนกันของอิเล็กโทรด

ในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน ปัจจัยที่ส่งผลต่อขนาดเสี้ยนจะแตกต่างกันไป ในกระบวนการตัด ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อขนาดของเสี้ยนคือ: คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของชิ้นขั้ว ความหนาของชิ้นขั้ว แรงกดด้านข้างของเครื่องมือคู่บนและล่าง การทับซ้อนกันของ เครื่องมือคู่บนและล่าง สถานะการสึกหรอของคมตัด มุมกัด ความแม่นยำของมีดดิสก์ ฯลฯ จำนวนและขนาดของเสี้ยนจะถูกควบคุมโดยการปรับการลบมุมของคัตเตอร์ แรงกดด้านข้างของเครื่องมือ และความตึงในการกรอกลับและคลี่คลาย

ในกระบวนการเจาะ ปัจจัยที่ส่งผลต่อขนาดของเสี้ยนส่วนใหญ่ได้แก่: คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของชิ้นเสา ความหนาของชิ้นส่วนเสา วิธีการเจาะ ช่องว่างในการเจาะ ความแม่นยำของแม่พิมพ์ วัสดุแม่พิมพ์ เนื้อของแม่พิมพ์ ระดับการสึกหรอของแม่พิมพ์ ฯลฯ สามารถควบคุมจำนวนและขนาดของเสี้ยนได้โดยการปรับพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง

บริษัทแบตเตอรี่หรือโรงงานแบตเตอรี่ที่มืออาชีพจะควบคุมกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างเคร่งครัด ด้วยเทคโนโลยีอุปกรณ์ขั้นสูง ปัญหาฝุ่นและเสี้ยนในการผลิตแบตเตอรี่จะลดลง ผู้ใช้สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่จาก 10 อันดับแรก โรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมของจีน แบตเตอรี่ยี่ห้อเหล่านี้สามารถรับประกันคุณภาพของแบตเตอรี่ได้