리튬전지 와인딩 셀의 내부 결함 지도

리튬전지 와인딩 셀의 내부 결함 지도

권취는 리튬이온 배터리 제조 공정의 핵심 공정으로 양극판과 음극판, 분리막을 함께 조립하는 공정이다. 불량품이 발생하면 양극판, 음극판, 분리막 등 코일 코어 전체가 낭비된다. 수율은 배터리 제조 단가에 큰 영향을 미치며, 배터리의 성능과 안전성에도 영향을 미친다.

일반적으로 코일 코어의 일반적인 내부 결함 맵은 다음 그림에 표시되며 각 맵에는 양극판, 다이어프램 및 음극판이 포함됩니다.

그림 1 코일 코어 내부 결함 맵

그 중 첫 번째 행(a)은 내부 결함이 없는 정상적인 패턴이다.

두 번째 행(b)의 세 번째 사진은 전극판의 굽힘 변형을 보여주고 있는데, 이는 권취 과정에서 장력 조절이 제대로 이루어지지 않아 전극판이 휘어졌기 때문일 수 있다. 이러한 결함은 충방전 시 팽창과 수축을 반복하면서 전지 전극에 다수의 주름이 발생하여 용량 활용도를 제한할 수 있으며, 리튬 석출 등의 문제를 일으킬 수 있다.

세 번째 행(c)의 불량은 다이어프램에 금속 이물질이 존재하는 것인데, 이는 전극 준비나 전극 롤링, 절단 등의 운송 과정에서 유입되었을 수 있습니다. 권선 공정에서 폴 피스를 절단하면서 포일 스크랩이 생성되는 것도 가능합니다. 금속 이물질은 배터리 내부에 미세한 단락을 일으키고 심각한 자체 방전을 일으키며 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 일반적인 감지 방법에는 주로 배터리 코어 절연의 전압 저항 테스트, 고온 노화 모니터링 및 부적격 제품의 자체 방전 k-값 판단이 포함됩니다.

네 번째 행(d)의 주요 문제는 양극 표면과 음극 표면의 두 가지 서로 다른 두께를 포함하여 코팅이 고르지 않고 한쪽 면에 코팅이 없다는 것입니다. 이러한 불량은 주로 전극 준비 과정에서 코팅 공정이나 코팅 박리로 인해 발생합니다. 일반적으로 극판 압연 및 절단 공정에서는 CCD 검출을 설정하고, 권취 공정에서 불량 극판을 표시하여 불량품을 제거합니다. 그러나 불량품이 100% 제거된다는 보장은 없습니다. 이러한 상황이 발생하면 배터리 용량이 손실되고, 양극과 음극 용량이 일치하지 않아 리튬 침전 등의 문제가 발생합니다.

다섯 번째 줄(e)의 결점은 내부에 먼지 등 비금속 이물질이 존재한다는 점이다. 이러한 상황은 금속 이물질만큼 유해하지는 않지만 배터리 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다. 크기가 상대적으로 크면 다이어프램 균열 및 양극과 음극 사이의 미세 단락이 발생할 수도 있습니다.

위 그래프를 얻는 방법은 A, B 접착성 에폭시 수지에 코일 코어 전체를 매립하고, 경화시켜 코일 코어의 내부 구조적 특성을 유지하는 방법이다. 단면을 잘라 사포로 갈아서 연마하여 시료로 만든 후 주사전자현미경으로 관찰한다. 많은 수의 사진을 획득하여 이러한 결함 패턴을 식별했습니다.

그림 2 코어 미세구조 관찰과정


또한 그림 3과 같이 상처 셀 모서리에 극 파손이 있을 수 있습니다. 극 조각은 너무 부서지기 쉽고 두께가 커서 특히 파손되기 쉽습니다.

위는 코일 코어의 내부 결함 맵입니다.