آلات طلاء البطاريات: المعدات الرئيسية في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون
تقنية الطلاء هي عملية تعتمد على دراسة خصائص السوائل، حيث تُطلى طبقة أو أكثر من السائل على ركيزة، عادةً ما تكون غشاءً مرنًا أو ورقًا داعمًا. تُجفف طبقة السائل المطلية أو تُعالج في فرن لتشكيل طبقة غشاء وظيفية خاصة. تشمل الطرق الرئيسية لطلاء أقطاب بطاريات الليثيوم أيون حاليًا طلاء نقل الأسطوانة الفاصلة وطلاء البثق المشقوق.
1. مبدأ وتصنيفآلة طلاء البطارياتمعدات:
التأثير على سعة البطارية: أثناء عملية الطلاء، إذا اختلف سمك طبقات معجون الأقطاب الموجبة والسالبة على صفيحة الأقطاب، على سبيل المثال، باختلاف الأجزاء الأمامية والوسطى والخلفية، فإن درجة تفاعل المواد الفعالة أثناء شحن البطارية وتفريغها ستختلف أيضًا. قد يؤدي هذا إلى انخفاض أو ارتفاع مفرط في سعة البطارية. علاوة على ذلك، من المرجح أن يؤدي هذا التفاوت في السُمك إلى تَشَكُّل طبقة الليثيوم أثناء دورة البطارية. يستهلك طلاء الليثيوم تدريجيًا الليثيوم الفعال في البطارية، مما يؤثر بشدة على معدل الاحتفاظ بالسعة ويقصر من عمر البطارية.
2. طريقة طلاء آلة طلاء بطارية الليثيوم
خلال البحث والتطوير والإنتاج لبطاريات أيونات الليثيوم، طوّر الباحثون والمهندسون طرق طلاء متنوعة لتلبية متطلبات الإنتاج المختلفة. وأكثر طرق الطلاء شيوعًا واستخدامًا حاليًا هي طلاء النقل بالفاصلة والطلاء بالبثق بالشقوق.
2.1 طلاء نقل فاصلة رول
مبدأ العمل: طلاء نقل الأسطوانة الفاصلة هو طريقة طلاء تقليدية. تبدأ العملية بضبط المسافة بين أسطوانة الطلاء وشفرة الأسطوانة الفاصلة لقياس المعجون على أسطوانة الطلاء. بعد ذلك، بضبط المسافة بين الأسطوانة الاحتياطية وأسطوانة الطلاء، يُنقل المعجون المُقاس على أسطوانة الطلاء بالكامل إلى طبقة رقائق الألومنيوم أو رقائق النحاس.
2.2 طلاء البثق بالقالب المشقوق
مبدأ العمل: طلاء البثق بالقالب المشقوق هو طريقة طلاء عالية الدقة مُقاسة مسبقًا. تُزوّد هذه الطريقة القالب المشقوق بمعجون سائل نيوتوني أو غير نيوتوني باستخدام مضخة قياس. تحت الضغط، يُبثق المعجون بالتساوي من فتحة القالب، مُشكّلًا طبقة سائلة متجانسة تُطلى على سطح الركيزة.
3.1 نظام التحكم في الفك والشد
آلية فك اللف: تُعد آلية فك اللف نقطة انطلاق عملية الطلاء. وظيفتها الأساسية هي حمل وتحرير المواد الأساسية، مثل رقائق الألومنيوم أو رقائق النحاس، بشكل مستقر. عادةً ما تكون مزودة بنظام تصحيح انحراف فك اللف، والذي يمكنه الكشف بدقة عن أي انحراف في المادة الأساسية أثناء فك اللف، وبشكل آني. بمجرد اكتشاف أي انحراف، يقوم النظام تلقائيًا بضبط الوضع لضمان حركة المادة الأساسية بثبات على طول المسار المحدد مسبقًا، مما يوفر مصدرًا ثابتًا للمواد الأساسية لعمليات الطلاء اللاحقة.
3.2 نظام التغذية
نقل المعجون: يتولى نظام التغذية مسؤولية إيصال المعجون الممزوج جيدًا إلى قالب الطلاء بثبات. في التطبيقات العملية، تُستخدم عادةً مضخات لولبية أو تروسية لنقل المعجون. توفر هذه المضخات معدل تدفق ثابت، بدقة تحكم في التدفق تبلغ ±0.5%، مما يضمن إمدادًا ثابتًا للمعجون أثناء عملية الطلاء، ويمنع مشاكل مثل عدم تساوي سمك الطلاء الناتج عن تقلبات تدفق المعجون.
3.3 طلاء دies
قوالب النقل: تتكون قوالب النقل المستخدمة في آلات طلاء البطاريات بشكل أساسي من مكونات مثل بكرات الطلاء، والمكاشط، والبكرات الاحتياطية. في تشغيل آلات طلاء البطاريات، يتم التحكم في كمية المعجون المقاسة على بكرة الطلاء عن طريق ضبط المسافة بين بكرة الطلاء ومكشطة قالب النقل. بعد ذلك، وبضبط المسافة بين بكرة الدعم وبكرة الطلاء لقالب النقل، يتم نقل المعجون المقاس إلى السطح في آلات طلاء البطاريات. يتميز هذا النوع من القوالب المستخدم في آلات طلاء البطاريات ببنية بسيطة نسبيًا. ومع ذلك، نظرًا للقيود الناجمة عن عوامل مختلفة، مثل دقة تشغيل المكونات الميكانيكية في آلات طلاء البطاريات ودقة ضبط المسافة لقالب النقل في آلات طلاء البطاريات، فإن دقة طلاءه منخفضة نسبيًا. لذلك، يُعد قالب النقل مناسبًا لتطبيقات آلات طلاء البطاريات التي تتطلب دقة طلاء أقل صرامة.
3.4نظام التجفيف
تصميم الفرن: يُعدّ فرن نظام التجفيف جهازًا أساسيًا لتجفيف صفائح الأقطاب الكهربائية المطلية. تعتمد الأفران عادةً تصميمًا مُجزّأً للتحكم في درجة الحرارة، مُقسّمًا عادةً إلى 5-8 قطاعات. من خلال التحكم الدقيق في درجة حرارة المناطق المختلفة، يُمكن لصفائح الأقطاب الكهربائية إزالة المذيبات من العجينة تدريجيًا وبشكل متساوٍ أثناء عملية التجفيف. تتوفر طرق تسخين مُختلفة للأفران، بما في ذلك التسخين الكهربائي، والتسخين بزيت نقل الحرارة، والتسخين بالبخار. أثناء عملية التسخين، يجب أن تصل سرعة الهواء داخل الفرن إلى ±5% لضمان تجفيف جميع أجزاء صفائح الأقطاب الكهربائية بالتساوي، وتجنب درجات التجفيف غير المُتسقة الناتجة عن سرعة الهواء غير المُتساوية، والتي قد تؤثر على جودة صفائح الأقطاب الكهربائية.
4. المعادلةعوامل المعدات المؤثرة على أداء الطلاء: تتأثر جودة أداء الطلاء بشكل شامل بعوامل متعددة مترابطة. أي خلل في أي منها قد يؤدي إلى انخفاض جودة الطلاء.
4.1 دقة المعدات واستقرارها
تقلبات الشد: كما ذُكر سابقًا، يُعدّ استقرار شد الطبقة الأساسية أثناء عملية الطلاء أمرًا بالغ الأهمية لجودة الطلاء. عندما يتجاوز انحراف الشد 1%، تكون الطبقة الأساسية عرضة للانزلاق أو التشوه الناتج عن التمدد. يمكن أن يُسبب الانزلاق تغيرات في الموضع النسبي بين الطبقة الأساسية وقوالب الطلاء أثناء عملية الطلاء، مما يؤدي إلى تفاوت سُمك الطلاء. من ناحية أخرى، يُغيّر التشوه الناتج عن التمدد الخصائص الفيزيائية للطبقة الأساسية، مما يؤثر على الأداء العام للبطارية. لذلك، يُعدّ نظام التحكم في الشد عالي الدقة أمرًا أساسيًا لضمان جودة الطلاء.
4.2 التحكم في درجة الحرارة والرطوبة
درجة حرارة المعجون: تؤثر درجة حرارة المعجون بشكل مباشر على لزوجته. عندما تتقلب درجة حرارة المعجون بأكثر من درجة مئوية واحدة، قد تتغير لزوجته بنسبة ±5%. يؤدي تغير اللزوجة إلى اختلافات في كمية الطلاء. على سبيل المثال، قد تؤدي زيادة اللزوجة إلى زيادة كمية الطلاء، بينما قد يؤدي انخفاضها إلى انخفاض كمية الطلاء. يؤثر كلا الحالتين على تجانس سمك الطلاء وثبات أداء البطارية. لذلك، يُعد التحكم الدقيق في درجة حرارة المعجون أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة الطلاء.
درجة حرارة التجفيف: يلعب التحكم في درجة حرارة التجفيف دورًا حاسمًا في جودة صفائح الأقطاب الكهربائية المطلية. أثناء عملية تجفيف الفرن، إذا كان التحكم في درجة الحرارة المجزأة غير صحيح، على سبيل المثال، إذا كانت درجة حرارة القسم الأمامي مرتفعة جدًا، فسيتبخر المذيب الموجود على سطح صفيحة القطب بسرعة، مما يتسبب في تكوين قشرة على السطح، بينما لا يتبخر المذيب الداخلي في الوقت المناسب. قد يؤدي هذا إلى مشاكل مثل تقشير الطلاء أو حدوث تماس كهربائي صغير في البطارية. لذلك، فإن ضبط درجة حرارة كل قسم من أقسام الفرن بشكل مناسب وضمان استقرارها هو مفتاح ضمان جودة تجفيف صفيحة القطب.
4.3 نقل المعجون واستقرار مجال التدفق
تقلبات ضغط التغذية: في طلاء البثق بالشقوق، يرتبط استقرار ضغط التغذية ارتباطًا مباشرًا بتجانس سُمك الطلاء. عندما يتقلب ضغط التغذية بأكثر من 5%، يؤدي ذلك إلى تفاوت سُمك الطلاء، مما يُظهر عيوبًا مثل ظهور أنماط مُخططة أو مُتموجة. لتجنب هذه الحالة، عادةً ما يلزم تركيب خزان عازل في نظام التغذية، واستخدام تقنية التحكم في الضغط بحلقة مغلقة لضمان استقرار ضغط التغذية.
5. اتجاهات التطوير التكنولوجي لآلات طلاء البطاريات مع التطوير المستمر لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون والمتطلبات الصارمة بشكل متزايد لأداء البطاريات في السوق، تخضع آلات طلاء البطاريات أيضًا للابتكار والترقية التكنولوجية المستمرة، مما يُظهر اتجاهات التطوير الرئيسية التالية.
