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)開展迅速. 作為公認的理想 儲能元件,動力鋰電池也得到高度關(guān)注.涂布機是動力鋰電池極片的生產(chǎn)關(guān)鍵工藝設(shè)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(shè)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,并由此在基材外表形成一層均勻的涂層.刮刀類型

2、主要逗號刮刀.逗號刮刀是涂布頭中的關(guān)鍵部件之一, 一般在圓輾外表 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,易于限制涂布量 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)移涂布包含兩個根本過程：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(shù),如圖3所示,工作原理為涂布

3、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 預(yù)防污染物進入,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(yīng)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(yīng) 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)漿料上料供給穩(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)生走帶滑動,嚴(yán)重

4、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(dāng)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(yīng)解決方案.常見缺陷有點缺陷、邊緣效應(yīng)、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 陷比擬容易理解,濕膜中的氣泡從內(nèi)層向膜外表遷移,在膜外表破裂形成針孔缺 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(dǎo) 致顆粒外表處的濕膜存在低外表張力區(qū)域,液膜

5、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(yù)防舉措主要有：涂液過濾除鐵、環(huán)境粉塵限制、基 材外表清潔.圖4異物顆粒處外表張力低,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(dǎo)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,極片外表出現(xiàn)大面積的凸起,放大這些地方觀 察,發(fā)現(xiàn)這是導(dǎo)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IX Big Defective Area3X Small Defective Area圖6涂布極片劃痕缺陷?可能原因-異物或大顆?？ㄔ?/p>

6、狹縫間隙內(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涂布間隙上-模具模唇損傷?對策-去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(yīng)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)生厚邊的原因是外表張力驅(qū)動下的物

7、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)速度較中間快,導(dǎo)致邊緣固含量迅速升高,邊緣的外表張力 遠大于中間濕膜的外表張力,邊緣處較大的外表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 ATE15 CONSTANTCONCN. INCREASES FASTER AT EDGEIF NO SURFACTANT IF DIL mm / ML Mt MT Atr HIGHER AT EDGE、/九/77/77/圖8枯燥過程中厚邊現(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)象的舉措有：(1)漿料流量一定時,減小狹縫尺寸能夠增加漿料在

8、模頭的出口速度,從而降低漿料的拖曳力比值,進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(shè)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)降低漿料的外表張力,如添加界面活性劑等,抑制枯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(yīng)力狀態(tài),減弱漿料邊緣膨脹效應(yīng).參考文獻：1遲彩霞,張雙虎,喬秀麗,等.狹縫式涂布技術(shù)的研究進展J.應(yīng)用化工,2021, 45(2):360-363.2MohantyD, Hockaday E, Li J, et al.Effect of electrode manufacturingdefects onelectrochemical performance oflithi