リチウム電池巻線セルの内部欠陥マップ

リチウム電池巻線セルの内部欠陥マップ

巻線は、リチウムイオン電池の製造工程において、正負極板とセパレータを組み立てる重要な工程です。不良品が発生すると、正負極板やセパレータを含めたコイルコア全体が無駄になってしまいます。歩留まりはバッテリーの製造コストに大きく影響し、バッテリーの性能と安全性にも影響します。

一般に、コイルコアの一般的な内部欠陥マップは次の図に示されており、各マップには正極板、隔膜、負極板が含まれています。

図1 コイルコアの内部欠陥マップ

このうち、1行目(a)は内部欠陥のない正常なパターンです。

2 行目の 3 番目の写真 (b) は、電極板の曲げ変形を示しています。これは、巻回プロセスで張力が適切に制御されず、電極板が曲がったことが原因である可能性があります。この欠陥により、充放電中に膨張と収縮が繰り返される際に電池の電極に多数のしわが発生し、容量利用が制限され、リチウムの析出などの問題が発生する可能性があります。

3 行目 (c) の欠陥は、ダイヤフラム上の金属異物の存在です。これは、電極の圧延、切断、その他のプロセスなどの電極の準備または輸送プロセス中に混入した可能性があります。巻線プロセスのポールピースの切断によって発生するフォイルのスクラップが発生する可能性もあります。金属異物はバッテリー内部で微小短絡を引き起こし、深刻な自己放電を引き起こし、安全上の問題を引き起こす可能性があります。一般的な検出方法には、主にバッテリーコア絶縁の耐電圧試験、高温経年変化の監視、不適合品の自己放電k値判定などが含まれます。

4 行目 (d) の主な問題は、プラス面とマイナス面の 2 つの異なる厚さ、片面のコーティングなどの不均一なコーティングです。この欠陥は主に電極作製工程における塗膜工程や塗膜剥がれが原因で発生します。一般に、CCD 検出は極板の圧延および切断工程に設定され、不良品の極板は巻き取り工程中にマーキングされて不良品を除去します。ただし、不良品を100％排除することを保証するものではございません。このような状態になると、電池の容量が失われ、正極と負極の容量が不整合となり、リチウムが析出するなどの問題が発生します。

５行目（ｅ）の欠陥は、内部にゴミ等の非金属異物が存在することである。この状況は金属異物ほど有害ではありませんが、バッテリーの性能にも影響を与える可能性があります。サイズが比較的大きい場合は、ダイヤフラムのクラックやプラス極とマイナス極の間の微小ショートを引き起こす可能性もあります。

上記グラフを得る方法は、コイルコア全体を接着剤A、Bのエポキシ樹脂に埋め込んで固化し、コイルコアの内部構造特性を維持します。断面を切り出し、サンドペーパーで研削、研磨してサンプルを作成し、走査型電子顕微鏡で観察します。大量の写真を取得し、これらの欠陥パターンを特定しました。

図2 コア微細構造の観察プロセス


さらに、図 3 に示すように、巻回セルの角で磁極が破損する可能性があります。磁極部分は脆すぎて厚さが厚いため、特に破損しやすくなります。

上記はコイルコアの内部欠陥マップです。