圧力分布システムは単電池の初期平坦性を迅速に特徴づけます

既存のプロセスでは、パウチセルの平面度を測定する方法は、主に目視観察法、マイクロメートル厚さ測定法、またはレーザースキャン法です。目視観察法は、可視光を用いて細胞の表面状態を観察する方法であり、大まかではあるが定量的ではない観察法です。可視光観察は速いものの、細胞の平面度の違いを定量的に知ることはできません。レーザースキャン法は、光学機器を使用して細胞の輪郭全体を3Dモデルにスキャンし、全体の厚さの値と断面の厚さの値の差を計算し、定量的に測定できますが、装置が高価です、用途が限定されています^【1】

一部の研究者は、シミュレーションを通じてモジュールセルの表面力分布マッピングをシミュレートしました。これにより、不均一な圧力分布の明白な現象も確認できます。これは、一方ではセルの初期平坦性に関係し、他方ではまた、その後の充放電過程における電流密度分布の不均一による応力分布差に関係^【2】。この論文では、セル圧力分布システム (BPD1000) を使用してセルのさまざまな位置の圧力分布を監視し、さまざまなセル サイズの平坦性を迅速に定量化して評価します。

図 1. シミュレートされたモジュール セルの応力分布のシミュレーション^【2】

1.試験装置：現場膨潤試験システムSWE2110、セル圧力分布システム、モデルBPD1000（IEST）、最大圧力強度約8.8MP a．

図2 セル圧力分布試験の模式図

2. テストパラメータ

2.1 セル情報を表 1 に示します。

表 1. セル情報

2.2 試験プロセス: セルをその場膨潤分析装置 (SWE2110) のテストチャンバーに置き、セルの表面に圧力分布フィルムを置き、一定ギャップモードを設定し、300kg の一定ギャップ圧力を調整します (つまり、300kg を適用します)。セルへの外力）により圧力分布システム（BPD1000）を作動させ、セルの面圧分布データを収集・表示します。

2.結果の解釈

図 3 に示すように、圧力分布システム (BPD1000) を使用して、9.5*9.5 んん の各小領域に分割された次の 3 つのセルの圧力分布をそれぞれテストし、カラー スケールでセル力を表示します。矛盾していますが、各領域の力を合計すると、合計の力は 300kg 未満になることがわかります。これは主に薄膜センサー配置間のギャップによるものであり、ギャップ圧力は計算されていません。

図 3. 充放電中のセルの電圧と圧力の変化曲線

平坦度の異なる位置の表面をさらに分析すると、図 4.3 に示すように、アルミ箔のクレーター サイズに余裕があり、セルのヘッドテールに圧力がかからないためです。フィニッシュテープの位置は、より大きな圧力を示し、これがムラを引き起こす重要な要因の1つである可能性があります。

図4.3 # セルの圧力分布と物理セルの比較

2 # セルの圧力分布の分析を図 5 に示します。正極と負極のタブの位置は明らかであり、ステッカー紙なしの端の位置は基本的に自由であるため、タブの厚さの仕様は異なります。粘着紙の接着力は、2 番セルのレベリングに影響を与える重要な要素の 1 つであると考えられます。

図5.2 # セル圧力分布と物理セルの比較

1 # セルの場合、2 # および 3 # セルと同様の相関関係は示されず、テープおよびタブ要素以外にもさらに深い設計要素があることを示しています。関連する技術者は、それに応じてより詳細な分析を行うことができます。

図6.1 #&注意;セル圧力分布と物理セルの比較

初期圧力を 300kg に設定し、一定ギャップ モードでセル表面の圧力を測定します。この場合、セルの厚さが不均一であるため、試験圧力の分布が不均一になります。不均一な厚さまたは圧力分布には主に次のようなものがあります。 (1) 不均一な電極厚さはセルの平面性を引き起こします。一般的に言えば、正極と負極の厚さは100〜200μmです。正極と負極の厚さの偏差が5μmを超え、正極と負極の数が41個の場合、厚さの偏差は0.2mmに達する可能性があります。(2) セパレータの厚さが不均一である場合、アルミニウム - プラスチックフィルムは電池の不均一を引き起こします。(3) 電極とセパレータが十分に密着していない。一般的に言えば、ラミネート後、セルはサーモフラット成形処理されますが、熱圧力成形により、電極とセパレーターがより密に重なり、ギャップが減少し、電池の内部抵抗が減少します。同時に、セル厚の均一性も向上します。(4) セル注入シールのプロセス中、真空度が低いため、シールと真空が不完全になります。また、アルミニウム - プラスチック フィルム内のガスの存在により、セルの厚さが不均一になる可能性があります。(5) 導電剤やバインダーを吸収すると膨潤し、セル厚が増加します。導電剤とバインダーが電極内に均一に分散されていない場合、セルの厚さが不均一になる可能性があります。(6) 予備充電や経年劣化の過程で電解液が分解し、ガスが発生してセルの厚みが不均一になる場合があります。

セルの厚さが均一でない場合、充電と放電の過程で電極は異なるアルミニウム - プラスチック フィルムのシェル圧力にさらされるため、充放電状態が均一になり、容量と安定性が低下する可能性があります。バッテリー。したがって、設計と製造の一貫性を向上させるためには、平坦度を制御する必要があります。プロセスに関する特別な注意は次のとおりです。(1) 電極コーティングとロール圧力の厚さを制御して、厚さの均一性を向上させる必要があります。(2) 厚さの均一性を向上させるための適切な熱プレスプロセス。(3) セルの平坦性を確保するためのアルミニウム - プラスチック フィルムの打ち抜きおよび組み立てプロセス。(4) 内部の空気と電解液の均一性の除去を確実にするための優れた液体注入液の密封プロセス。

要約する

パウチセル圧力分布システム（BPD1000）を用いたパウチセルの表面平坦性について説明します。解析結果から、セルのプロセス設計とセルの圧力分布（平坦性）の間には一定の相関関係があることが分かりました。技術者は、圧力分配システムを通じて適切な分配基準を策定し、出荷されたセルのバッチ安定性を監視できます。

参考資料

1. ボー 徐 レン 正新 鄭 ヤンジュン マ 華 リュウ フォン 王 赤尾. セルの平坦性を定量的に決定する方法 [P]. 中国: CN112665548B、2022.5。

2. ヨンクン 李、チュアン 魏、ゆーまお 盛、フェイペン ジャオ、甲斐 呉、リチウムイオン電池の膨張力、インド. 工学. 化学. 解像度、2020、59、27、12313–12318。