干貨鋰電池極片擠壓涂布常見缺陷

1、干貨I鋰電池極片擠壓涂布常見缺陷目前，電動車、儲能電池等新能源產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅速。 作為公認的理想 儲能元件，動力鋰電池也得到高度關注。涂布機是動力鋰電池極片的生產(chǎn)關鍵工藝設備。 目前，鋰電池極片涂布工藝主要 有刮刀式、輾涂轉(zhuǎn)移式和狹縫擠壓式等。我在工作過程中，這三種涂布方式都接 觸過。一般實驗室設備采用刮刀式，3c電池采用輾涂轉(zhuǎn)移式，而動力電池多采 用狹縫擠壓式。刮刀涂布工作原理如圖1所示，箔基材經(jīng)過涂布輾并直接與漿料料槽接觸， 過量的漿料涂 在箔基材上，在基材通過涂輾與刮刀之間時，刮刀與基材之間的間隙決定了涂層 厚度，同時將多余的漿料刮掉回流，并由此在基材表面形成一層均勻的涂層。刮刀

2、類型主要逗號刮刀。逗號刮刀是涂布頭中的關鍵部件之一， 一般在圓輾表面沿 母線加工成形似逗號的刃口，這種刮刀具有高的強度和硬度，易于控制涂布量和 涂布精度，適用于高固含量和高黏度的漿料圖4逗號刮刀涂布示意圖圖1逗號刮刀涂布示意圖輾涂轉(zhuǎn)移式涂輾轉(zhuǎn)動帶動漿料，通過逗號刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量， 并利用背輾和涂輾的轉(zhuǎn)動將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，工藝過程如圖2所示。輾涂轉(zhuǎn)移涂布包含兩個基本過程：（1）涂布輾轉(zhuǎn)動帶動漿料通過計量輾間隙，形成一定厚度的漿料層；（2）定厚度的漿料層通過方向相對的涂輾與背輾轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)移漿料到箔材上形成涂層圖2輾涂刮刀轉(zhuǎn)移涂布工藝示意圖狹縫擠壓涂布作為一種精密的濕式涂布技術，如圖3所示，工

3、作原理為涂布液在一定壓力一定 流量下沿著涂布模具的縫隙擠壓噴出而轉(zhuǎn)移到基材上。相比其它涂布方式，具有 很多優(yōu)點，如涂布速度快、精度高、濕厚均勻；涂布系統(tǒng)封閉，在涂布過程中能 防止污染物進入，漿料利用率高、能夠保持漿料性質(zhì)穩(wěn)定，可同時進行多層涂布。 并能適應不同漿料粘度和固含量范圍，與轉(zhuǎn)移式涂布工藝相比具有更強的適應 性。圖3狹縫擠出式涂布示意圖要形成穩(wěn)定均勻的涂層，涂布過程中就需要同時滿足這幾個條件:(1)漿料性質(zhì)穩(wěn)定，不發(fā)生沉降，粘度、固含量等不變化(2)漿料上料供應穩(wěn)定，在模頭內(nèi)部形成均勻穩(wěn)定的流動狀態(tài)(3)涂布工藝在涂布窗口范圍內(nèi)，在模頭與涂輾之間形成穩(wěn)定的流場。(4)走箔穩(wěn)定，不發(fā)生走

4、帶滑動，嚴重抖動和褶皺。涂布操作窗口是狹縫涂布一個重要的工藝參數(shù)， 在實際生產(chǎn)中，當工藝參數(shù)超出 操作窗口的范圍時，涂布缺陷便會產(chǎn)生。而涂布膜出現(xiàn)的缺陷種類眾多，原因各 異，本文主要針對鋰離子電池狹縫擠壓涂布， 就幾種常見缺陷進行分析，并給出 相應解決方案。常見缺陷有點缺陷、邊緣效應、鋸齒缺陷等。1點狀缺陷1.1 氣孔：一是氣泡產(chǎn)生（攪拌過程、輸運過程、涂布過程）；氣泡產(chǎn)生的針孔缺 陷比較容易理解，濕膜中的氣泡從內(nèi)層向膜表面遷移，在膜表面破裂形成針孔缺 陷。氣泡主要來自攪拌、涂液輸運以及涂布過程。1.2 異物縮孔：各種顆粒（灰塵、油污、金屬顆粒等）產(chǎn)生。外來顆粒的存在導致 顆粒表面處的濕膜存在

5、低表面張力區(qū)域， 液膜向顆粒周圍發(fā)射狀遷移，形成縮孔 點狀缺陷，如圖4所示。預防措施主要有：涂液過濾除鐵、環(huán)境粉塵控制、基材 表面清潔。圖4異物顆粒處表面張力低，涂液向四周遷移1.3 團聚體顆粒凸起：如果漿料攪拌不均勻，導電劑沒有分散開，形成團聚體時就會產(chǎn)生此類缺陷，如圖5所示，極片表面出現(xiàn)大面積的凸起，放大這些地方觀 察，發(fā)現(xiàn)這是導電劑的團聚體。這種缺陷主要還是改善漿料攪拌工藝來消除。圖5團聚體顆粒凸起SEM形貌2線狀缺陷2.1劃痕：與涂布方向平行的線狀薄區(qū)或漏箔線條，如圖 6所示圖6涂布極片劃痕缺陷?可能原因-異物或大顆?？ㄔ讵M縫間隙內(nèi)或涂布間隙上-基材質(zhì)量不佳，造成有異物擋在涂輾與背輾的

6、涂布間隙上-模具模唇損傷?對策-清除唇口或涂布間隙的顆粒、檢查模頭唇口2.2 豎條道：與涂布方向平行的波紋，如圖 7所示圖7涂布極片豎條道缺陷?可能原因-通常發(fā)生于接近涂布窗口的速度上限，薄涂層更明顯?對策-調(diào)整漿料粘度-降低涂布速度-降低涂輾與背輾之間的涂布間隙2.3 橫向紋：垂直于涂布方向，固定間隔所產(chǎn)生的波紋或線條?可能原因-機械震動-走帶速度波動-漿料供料的流動發(fā)生周期性波動?對策-確認機械擾動頻率與橫紋發(fā)生頻率是否相同3邊緣效應3.1厚邊：涂布過程，經(jīng)常出現(xiàn)邊緣厚，中間薄的現(xiàn)象，即厚邊。產(chǎn)生厚邊的原因是表面張力驅(qū)動下的物質(zhì)遷移。 如圖8所示，開始時，濕膜的邊 緣處較薄，溶劑揮發(fā)速度較

7、中間快，導致邊緣固含量迅速升高，邊緣的表面張力 遠大于中間濕膜的表面張力，邊緣處較大的表面張力以及較快的溶劑揮發(fā)驅(qū)動內(nèi) 側(cè)液體向邊緣移動，烘干后形成厚邊。EVAPORATION RATE IS CONSTANTCONCN, INCftEAUS FASTER AT EDGE»"/IF NO SURFACTANTIF moi * Ar HIGHER AT EDGE7/"T7",/圖8干燥過程中厚邊現(xiàn)象產(chǎn)生過程涂布厚邊現(xiàn)象是一種不利的缺陷，阻止和緩解厚邊現(xiàn)象的措施有:(1)漿料流量一定時，減小狹縫尺寸能夠增加漿料在模頭的出口速度，從而降 低漿料的拖曳力比值，進

8、而減小厚邊涂層的厚度，但是狹縫尺寸變小模頭內(nèi)部的 壓力更大，更容易造成模頭出口形狀的膨脹，從而出現(xiàn)涂層橫向厚度不均勻性， 這需要更高精度的涂布設備配合。(2)涂布間隙減小能夠有限減小厚邊涂層的厚度和寬度。(3)降低漿料的表面張力，如添加界面活性劑等，抑制干燥過程中漿料向邊緣 的流延。(4)優(yōu)化狹縫墊片出口形狀，改變漿料流動速度方向和大小，降低邊緣漿料的 應力狀態(tài)，減弱漿料邊緣膨脹效應。參考文獻：1遲彩霞，張雙虎，喬秀麗，等.狹縫式涂布技術的研究進展J.應用化工，2016, 45(2):360-363.2MohantyD, Hockaday E, Li J, et al.Effect of electrode manufacturing defects onelectrochemical performance oflithium-