גורמים ואמצעי מניעה לבידוד נמוך בסוללות ליתיום מרובעות

נתוני בדיקת ביצועים חשמליים הראו כי פרמטרי המתח וההתנגדות הפנימית של התא הפגום היו בטווח התקין, ובדיקות חשמליות קונבנציונליות לא יכלו לזהות את הסכנה הנסתרת. עם זאת, המתח המסוף השלילי של התא היה נמוך משמעותית מהערך הסטנדרטי. פירוק ובדיקה גילו מוליכות חריגה בין המסוף השלילי לכיסוי העליון. סריקת CT אישרה שעצמים זרים מתכתיים הוטמנו בתוך שכבת הבידוד של הכיסוי העליון, ושברו ישירות את מבנה הבידוד של הבידוד בין הטרמינל למעטפת. פגם זה נפוץ בייצור המוני של קונכיות אלומיניום שונות עבור תאים פריזמטיים של ליתיום יון, והוא כשל נסתר שנגרם עקב רשלנות בשליטה על עצמים זרים בתהליך.

מעקב אחר תהליך הייצור העלה שהעצמים הזרים המתכתיים מקורם בעיקר בשני תהליכים בסיכון גבוה-. ראשית, בשלבי ההזרקה והכבישה, הפער בין קצוות החיתוך של תבנית ההבלטה השלילית היה גדול מדי, מה שיצר שבבי נחושת וכתמי מתכת במהלך תהליך הלחיצה. שנית, חלקיקי נירוסטה עורבבו בחומר הגלם המבודד PPS, ולאחר הזרקה הוטמעו שברי מתכת בתוך שכבת הבידוד. יחד עם זאת, שיטות הייבוש וההאכלה הפתוחות הובילו בקלות לשאיפת אבק מתכת תלוי בבית המלאכה, והגדילו עוד יותר את ההסתברות של זיהומים שיתערבבו בשכבת הבידוד של הכיסוי העליון של מעטפת האלומיניום של תא כוח הליתיום.

סוג זה של כשל בידוד מאופיין באינדוקציה איטית ובכשל מושהה, ואינו פגם מיידי במפעל. התא עובר במפעל את בדיקת בידוד המתח של 500V, אך לא ניתן לזהות פסולת מתכת זעירה בתוך שכבת הבידוד. לאחר הרכבת הסוללה והריתוך, טמפרטורות גבוהות ממיסות את שכבת הבידוד PP של המכסה העליון, ופסולת מתכת נעקרה עם זרימת הקולואיד. עם הקירור, הפלסטיק מתכווץ ויוצר רווחים זעירים. רטט במהלך פעולת הציוד גורם למוליכות לסירוגין בין המסופים למכסה העליון, גורם להפעלה מתמשכת של מיקרו-קצרים, המובילים בהדרגה לקורוזיה אלקטרוכימית ולדליפת אלקטרוליטים במעטפת האלומיניום של סוללת ליתיום-תאית יחידה-.

לקורוזיה של מעטפת האלומיניום בסוללות ליתיום יש מנגנון אלקטרוכימי ברור, הדורש מילוי בו-זמנית של תנאי קצר חשמליים ויונים כאחד. בתנאים רגילים, מעטפת הסוללה נמצאת בפוטנציאל גבוה ומבודדת לחלוטין מהאלקטרודה השלילית; ברגע שעצם זר מתכתי גורם למוליכות בין הטרמינל למעטפת, פוטנציאל מעטפת האלומיניום יורד במהירות, ויוצר תנאים לקורוזיה של ליתיום. לאחר שהקליפה באה במגע עם יוני ליתיום באלקטרוליט, מתרחשת תגובת חיזור, היוצרת בהדרגה סגסוגת אלומיניום-ליתיום, התואמת את ההיגיון של כשל הקורוזיה המרכזי של קליפות אלומיניום עבור תאים פריזמטיים של ברזל ליתיום פוספט.

תהליך קורוזיה של המעטפת מורכב משלושה שלבים: הפחתת אלומינה פני השטח, היווצרות סגסוגת ליתיום וקורוזיה אלקטרוכימית עמוקה. ככל שתגובת שילוב הליתיום נמשכת, מוצרי קורוזיה מתחברים עם אוויר ופחמן דו חמצני ויוצרים מלחים אלקליים, ומאיצים את שחיקת המעטפת והדליפה. מכיוון שהציפוי החיצוני של התא מספק בידוד מלא, עם רק מרווח הרכבה קדוח מראש וחור מיקום בתחתית, בעיות קורוזיה, דליפה וכשל בבידוד מתרכזות בעיקר באזור התחתון של מעטפת האלומיניום של תא ליתיום יון.

כדי לטפל בשורש של הכנסת חומרים זרים ממתכת, התעשייה צריכה לייעל את בקרת התהליך לאורך כל התהליך. ניתן להשיג זאת על ידי שדרוג חומרי התבנית, הפחתת מרווח הלהבים והוספת תהליך שחרור וליטוש כדי לסלק פסולת מתכת שנוצרת במהלך עיבוד האלקטרודות; הוספת תהליך הפרדת מתכות ובדיקה של חומרי גלם לסינון זיהומי חומר גלם PPS; ושינוי ציוד הייבוש והשאיבה כדי לאמץ מצב פעולה-סגור בלולאה, תוך צמצום מקיף של הסיכון לזיהום חומר זר במהלך ייצור קונכיות אלומיניום עבור מארזי סוללה מנסרים וגליליים.

אופטימיזציה של תקני בדיקה היא אמצעי הליבה ליירוט תקלות סמויות. מבחן המתח הקיים של 500V אינו יכול לחדור למרווחי בידוד זעירים ואינו מספיק כדי לזהות פגמי פסולת מתכת מוטבעים. תוך שמירה על תקני הבדיקה המקוריים, נוסף תהליך בדיקה חדש של 1500V- במתח גבוה, 2mA זרם מלא-, שיכול לזהות ביעילות בעיות בידוד חריגות במכסה העליון, ליירט במדויק תאים פגומים ולשפר באופן משמעותי את קצב המעבר במפעל ואת יציבות תא הסוללה לטווח ארוך של תא הסוללה המותאם לטווח ארוך.

לסיכום, הגורם המרכזי לבידוד נמוך וקורוזיה של מעטפת בסוללות ליתיום מרובעות הוא חוסר השליטה על עצמים זרים מתכתיים במהלך תהליך הייצור. מיקרו קצרים נסתרים-יכולים לגרום בהדרגה לכשל בסוללה ולסכנות בטיחותיות. בייצור המוני של סוללות חשמל, בקרת חומרי גלם, אופטימיזציה של תהליכים ושדרוגי בדיקת מתח גבוה- הם כולם הכרחיים. רק על ידי הקמת מערכת בקרת איכות מקיפה ניתן להימנע מבעיות כשל בידוד במעטפות אלומיניום סוללות ליתיום יבשות שונות במקורן, מה שמבטיח פעולה בטוחה ויציבה של מערכת סוללות החשמל.

לאופטימיזציה של תהליכים שלפגזי אלומיניום תאים יבשים ליתיום, אבחון תקלות בידוד ופתרונות בדיקת איכות בייצור המוני, נא להתייעץ עם הצוות הטכני המקצועי שלנו. אנו יכולים להתאים אישית פתרון בקרה מקיף המבוסס על תנאי הייצור כדי למנוע ביעילות כשל בידוד הסוללה ובעיות קורוזיה של מעטפת.