漿料的流變特性與涂布效果

1、逗號輥涂布機的普遍問題逗號輥涂布機的普遍問題前言前言 極片涂布的質(zhì)量除了使用優(yōu)良的涂布機之外還必須具備高超熟練的涂布技術(shù)和經(jīng)驗，本文不涉及這方面的討論，而重點探討漿料的制作以及漿料與涂布的關(guān)系。正如日本電池界所說：電池的好壞有70%與極片品質(zhì)相關(guān)，而極片的好壞有70%與漿料的品質(zhì)相關(guān)。因此，做好漿料就等于做好了電池的50%，這是電池制造的首要工作，也是核心工作。逗號輥涂布機的普遍問題逗號輥涂布機的普遍問題 間歇涂布開始間歇涂布開始“鼓包鼓包”問題問題 這個問題主要是設(shè)備的調(diào)整問題（B輥動作與C輥配合，等等），本文不涉及。 間歇涂布結(jié)束時的間歇涂布結(jié)束時的“拖尾拖尾”問題問題 漿料的流動性 漿料

2、表面張力 漿料的粘度調(diào)整 “越涂越薄越涂越薄”的問題的問題 漿料的流動性 漿料的表面張力 逗號輥的材質(zhì) 涂層表面不光滑問題涂層表面不光滑問題 “樹皮”條紋 厚薄不均 “火山口”凹陷小坑 涂層兩側(cè)不整齊和涂層兩側(cè)不整齊和“鼓包鼓包”問題問題 漿料流動性不好 擋板設(shè)置不好 涂層兩側(cè)卷邊問題涂層兩側(cè)卷邊問題 干燥箱內(nèi)的托輥安裝不良（本文不涉及） 第一溫區(qū)的溫度設(shè)置和風量配置 極片粹裂問題極片粹裂問題 涂布速度太快 各溫區(qū)溫度設(shè)置不合理 間歇涂布結(jié)束時的“拖尾問題” 主要原因是漿料的流動性不良?；旌狭己玫臐{料是流動性極好的流體，而流動性好的流體具有流體最普通的特性 液體的表面張力。張力使得液體邊緣向其

3、內(nèi)部集聚：流動性不好的流體表面張力弱，容易產(chǎn)生“拖尾”現(xiàn)象液體張力使鋸齒狀的界面向內(nèi)集聚液體的表面張力可以修復液體界面凹凸的形狀，好的流體具有這樣的特性液體在沒有浸潤的平面上隆起 涂布起始端隆起還會破壞圓柱電池極組的圓度涂布起始端隆起還會破壞圓柱電池極組的圓度 （除了影響電池性能外）（除了影響電池性能外）極片厚薄不勻（這個現(xiàn)象少見，屬于特例）間歇涂布的起始部分隆起（極片厚）極耳未壓成圓弧形隆起部分平直極耳整形極耳卷針 漿料的良好流動性使其成為具有張力漿料的良好流動性使其成為具有張力特性的流體特性的流體 流體的表面張力使拖尾的鋸齒界面向流體內(nèi)側(cè)收攏聚集，減小了鋸齒的幅度。 良好的流動性使?jié){料內(nèi)部

4、的應力均勻，當B輥離開C輥時，漿料的表面被均勻地拉斷，斷裂處的界面平整。 由于流動性好，被拉斷的部分厚度均勻，而流動性差的漿料在尾部的厚度比較薄。粘度的意義粘度的意義 粘度，顧名思義是液體的粘稠程度，而不是它的粘結(jié)強度，甚至與粘結(jié)力毫無關(guān)系，就像煉乳和蜂蜜一樣，是體現(xiàn)液體稀和稠的程度。 Binder的粘度意義的粘度意義對于binder來說，既有又具粘度還具粘結(jié)力的“一液型”binder,比如LA132；還有只具備粘度而不具備粘結(jié)力的增稠劑，比如CMC，它必須與僅具有粘結(jié)力的SBR組成“二液型”binder才能使用。溶液粘度與溶液濃度不是線性關(guān)系，即：增加用量會使粘度成指數(shù)規(guī)律升高。 本章節(jié)主要

5、關(guān)注binder的粘稠特性，因為對于相同溶解濃度的同一種binder來說，粘度大的binder，其分子量就高，使用效率也會高一些，即：用量會較少一些。 粘度相對高的液體，它的懸浮力也比較大，也就是它對于溶液中的固體（包括粉體）有更大的托舉力。這種特性不但阻礙固體的沉降，還能起到分散溶液中粉體的作用，即：在高速攪拌中使液體里的每個粉體顆粒保持均勻的距離，這就是我們謀求的均勻分散效果，這樣的效果不但可以提高過篩的能力，還能提高涂工的平整程度。 漿料的粘度意義漿料的粘度意義 粘度高的漿料當然也不容易沉淀，它的分散勻度也會好一些。但是當其粘度下降后，懸浮在其中的固體（包括粉體）就會開始分層，重量較大者

6、在下層，而重量較輕者會浮在上層，比如漿料中的炭黑導電劑就會浮在表層。粘度越低，沉降越明顯。好的漿料需要性能優(yōu)越的增稠劑，還希望懸浮的顆粒表面積大（顆粒越小其表面積越大）。另外，優(yōu)良的制漿設(shè)備和工藝可以減少以上的沉降和分層現(xiàn)象。 但是過高粘度的漿料不利于流平效果，也就是涂工不平整，所以適當降低粘度有利于涂布。 然而過低粘度的漿料雖然流動性較好，但干燥困難，降低了涂布機的工作效率，還容易發(fā)生涂層龜裂、卷邊的問題。 過低粘度(比如1500cps）的水性漿料在涂布后還會發(fā)生因為各粉體的表面張力不同而導致溶液脫離疏水粉體的表面（比如石墨），處于較低張力位置的液體會積聚到張力較高的位置，這樣就會形成涂層表

7、面的凹陷（凹坑、俗稱“火山坑”）。 過低粘度的漿料還會使顆粒重新團聚，特別是超細顆粒容易團聚，破壞涂層“面密度”的均勻性。 漿料的粘度調(diào)整漿料的粘度調(diào)整 粘度太稠會破壞漿料的流動性，尤其是水性漿料 粘度太稀容易使?jié){料的固液分層，因為液體的流動性比固體好，當固體停止流動時而液體部分或者是固含量低的部分流體還會“向外”流動，加重了拖尾現(xiàn)象。 由于太稀的漿料容易產(chǎn)生固液分層，較輕質(zhì)的部分懸浮在流體的上層，當B輥離開C輥時，拉斷部分的漿料由于輕質(zhì)的上層更具有流動性，更容易被“拉長”，結(jié)果造成了拖尾部分的固液嚴重分離，表現(xiàn)為涂層尾部出現(xiàn)透明“水印”的現(xiàn)象。逗號輥逗號輥“越涂越薄越涂越薄”的問題的問題 流

8、動性差的漿料會附著在逗號輥的刀口上，使得涂布間隙隨時間的增加而變小。根據(jù)經(jīng)驗，在涂布超過150“片”后，涂布厚度又會突然增大，可能是附著在刀口上的漿料增多后被流體的壓力沖掉使得間隙恢復到初始狀態(tài)。 質(zhì)地均勻的漿料具有顯著的表面張力，使得漿料界面向其內(nèi)部集聚，減小了對刀口的附著力。 逗號輥的材質(zhì)不同，其表面的摩擦力也不同。鍍鉻的逗號輥具有最小的摩擦力，而不銹鋼的逗號輥容易使?jié){料附著。 磷酸鐵鋰比其它材料更容易出現(xiàn)越涂越薄的現(xiàn)象。 （表面積大，附著力強的原因） 上料桶太大的原因上料桶太大的原因（尤其是粘度較低的負極）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度有些公司吊裝的料桶很大，一桶漿料可以涂布0.51h。

9、這種簡單的料桶沒有攪動裝置，隨著涂布時間的增加，漿料漸漸沉降，料桶上層的漿料固含量越來越低，也會造成越涂越薄的現(xiàn)象。逗號輥越涂越厚的問題逗號輥越涂越厚的問題 這個現(xiàn)象應該是漿料沉淀（分層）造成的。具體成因大致如下： 在漿料斗內(nèi)的漿料慢慢沉降，而開始涂布用去的漿料是上層較輕質(zhì)的部分。隨著不斷地補充新的漿料，上層的輕質(zhì)部分不斷用去，料斗內(nèi)漿料的固含量逐漸增加，涂布的極片也逐漸變厚，但最后能夠穩(wěn)定在一個最高值。這是分層漿料涂的正極，導電劑上浮而色深正常的正極顏色 沒有攪動的料桶也會產(chǎn)生越涂越厚的現(xiàn)象沒有攪動的料桶也會產(chǎn)生越涂越厚的現(xiàn)象 “往上爬往上爬”的液面的液面“優(yōu)先優(yōu)先”用掉料斗上層的輕質(zhì)用掉料

10、斗上層的輕質(zhì)部分部分 （粘度低的漿料容易產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，所以設(shè)備的結(jié)構(gòu)和上料系統(tǒng)都要充分考慮才行）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度往上爬的液面料桶非牛頓流體在流動中的分子取向性非牛頓流體在流動中的分子取向性這是摘自網(wǎng)上文獻的資料 從前面的粘度測試現(xiàn)象可以看到流動性好的漿料在流動的時候會形成分子的“各方同向”性，適用到涂布機上，無論是在逗號輥的刀口還是噴涂Die的唇板處，良好的流體呈現(xiàn)出較小的摩擦力，涂布質(zhì)量得以提高。 舉例說明：高分子流體的“孔壓誤差”現(xiàn)象 ，此處壓力較?。◤埩ο騼?nèi)集聚）管內(nèi)流體消防車的水里如果添加了高分子的分散劑（PEO），管線內(nèi)就會呈現(xiàn)“喘流減阻”現(xiàn)象，使流體的摩擦力減小，水流

11、就噴射得更遠。 流變曲線的形成原理流變曲線的形成原理這是摘自網(wǎng)上的文獻資料牛頓流體的區(qū)域牛頓流體的區(qū)域這是摘自網(wǎng)上文獻的資料涂層表面不光滑的問題涂層表面不光滑的問題 “樹皮”條紋 除了B輥和C輥的速比和接觸壓力的調(diào)整外，還有漿料的流動性問題，具體的表現(xiàn)是：漿料的粘度過高；固含量過高，這些也會導致流動性變壞。水性負極漿料尤其明顯。 薄厚不均 原因同上，也是漿料的流動性不好所致。 “火山口”凹陷小坑 這是漿料中某些顆粒沒有完全潤濕所致，表現(xiàn)為四周隆起而中心凹陷的小坑，這與氣泡破碎的孔洞（針孔）不同。應該是攪拌時的高速分散不良造成的，此現(xiàn)象容易出現(xiàn)在水性負極漿料中（CMC溶液與活性物質(zhì)的潤濕不良）。

12、“火山口火山口”之凹陷縮孔之凹陷縮孔 電極極片特別是負極極片表面出現(xiàn)的圓形或近乎于圓形凹陷，稱之為縮孔。以上圖片摘自成都茵地樂電源科技有限公司縮孔的成因縮孔的成因（本章節(jié)部分引用了成都茵地樂電源科技有限公司的文獻） 材料之間表面張力不匹配，是產(chǎn)生縮孔的主要誘因，但涂料的粘度、液膜的流動性以及干燥成膜的風速和烘箱溫度、熱處理階段條件和設(shè)備狀況等等都可能改變表面張力及其作用過程，從而誘發(fā)縮孔的產(chǎn)生。 固化前可流動膜面中存在低表面張力的微粒（如粉體，油滴等“污染物”），造成其中央表面張力較低，流體以“污染物”為中心向四周遷移，最終形成邊緣高于中心的圓形下陷縮孔。也就是說，縮孔中心存在低表面張力的物質(zhì)

13、，它與周圍的涂料存在表面張力差，這個差值是縮孔形成的動力，促使周圍的液體沿360度方向背離污染物遷移。 漿料的分散狀況將直接影響涂布的均勻性漿料的分散狀況將直接影響涂布的均勻性 當液體的表面張力低于固體的臨界表面張力時，則液體能夠在該固體表面隨意鋪展和潤濕；反之，液體由于不能在固體表面形成連續(xù)的液滴，而無法鋪展和潤濕固體，涂布時可能導致縮孔出現(xiàn)。 石墨（人工石墨和天然石墨）本身都無法直接使用，必須通過抱覆、氧化等方法對石墨進行化學改性和表面改性?？s孔的防治縮孔的防治 ：1)對石墨材料表面進一步的改性，提高其親水性； 2)調(diào)整粘合劑，提高表面張力，提高其對石墨材料的潤濕程度。3)提高漿料粘度 4

14、)適當提高攪拌速度和延長攪拌時間 5)適當縮短干燥時間 （推薦閱讀成都茵地樂電源科技有限公司的相關(guān)文獻）。 漿料斗內(nèi)的液面高度漿料斗內(nèi)的液面高度 淹沒逗號輥和C輥的結(jié)合面的液面高度是合理的高度（舉抹墻、逗號輥、攪拌槳的五菱形的例子）。 較高的液面壓力維持穩(wěn)定的漿料流動性（減少漿料的溫度、粘度、固含量、雜質(zhì)等因素的影響），提高涂布精度。B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度正確的液面高度 沒有淹沒逗號輥和C輥的結(jié)合面的液面高度是不合理的高度（“往上爬”的液面會受漿料的溫度、 粘度、固含量、流動性、雜質(zhì)等因素的影響）。沒有壓力就沒有好的流動性，流動差的液面不易控制，涂布精度難控制，表面不光亮平整。不正確的

15、液面高度（液面太低）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度往上爬的液面極片的顏色極片的顏色 烘干以后的極片顏色是深色的好還是淺色的好？為什么？是什么原因造成的？ 良好的制漿（不沉淀、不分層） 良好的干燥（合理的涂布速度和溫度及風量的設(shè)置） 用觀察極片的顏色（色度差）變化來判斷制漿和涂布的好壞。通過極片色差判斷漿料是否分層通過極片色差判斷漿料是否分層鈷酸鋰干法制漿的涂布片，色淺。觸摸表面光滑細膩鈷酸鋰濕法制漿的涂布極片顏色很深。而過高的干燥溫度會產(chǎn)生膠液和導電劑上浮，也會產(chǎn)生“色深”的結(jié)果。觸摸表面粗糙。涂層兩側(cè)不整齊和涂層兩側(cè)不整齊和“鼓包鼓包”問題問題 涂層兩側(cè)的“鼓包”問題是漿料的流動性不好所致。

16、 涂層兩側(cè)不整齊是擋板設(shè)置不好所致，巧妙地設(shè)置擋板即可以使涂層兩側(cè)的邊緣整齊，還可以消除“鼓包”的現(xiàn)象。日本平野公司的涂布機料斗和擋板，泡棉夾在兩PVC擋板中間，牢固耐用，密封性好 正確的海綿發(fā)泡板形狀，被夾在2片PVC塑料板中間，具有密封強度錯誤的海綿發(fā)泡板的形狀，被套在塑料擋板的溝槽中，密封不嚴應該用獨立發(fā)泡的海綿，它具有橡膠的密封特性，又兼有海綿的彈性。如果不是獨立發(fā)泡的海綿，漿料就會滲透到里面，干了之后會變得堅硬，不但失去了密封所需的彈性，還會損壞輥子，所以不適合做涂布機的擋板。修剪海綿擋板的尖端形狀，可以改變涂層兩側(cè)的邊緣厚度，直到“鼓包”被消除。涂層兩側(cè)卷邊的問題涂層兩側(cè)卷邊的問題

17、 干燥箱內(nèi)的托輥安裝不良，沒有形成拱橋狀，本文不涉及。 第一溫區(qū)的溫度設(shè)置和風量設(shè)置不良。現(xiàn)在很多企業(yè)為了追求產(chǎn)量，不顧極片干燥所需要的基本條件，盲目第提高車速，增加溫度和風量，使極片粹裂并且兩側(cè)彎曲上翹。正確的方法如下：按照韓國公司的形象解釋，第一溫區(qū)應該像“鐵板燒烤”那樣從底部加熱，讓漿料從里向外干燥，這樣才不會卷邊和龜裂舉例說明：舉例說明：在某公司試驗水性正極的時候，正極活性物質(zhì)是三元材料，涂布機是逗號輥式（轉(zhuǎn)移涂布）的中試設(shè)備，只有三個干燥溫區(qū)。結(jié)果極片嚴重卷邊（極片兩側(cè)徑向收縮），并且干燥后的涂層表面非常粗糙。處理辦法：打開第一溫區(qū)用手感覺烘箱內(nèi)部的風量，發(fā)現(xiàn)“上風”（從上面吹向極片涂層的干燥熱風）量很大，應該是過快的干燥速率造成漿料急劇干燥并收縮，使得鋁箔卷曲。于是關(guān)閉了第一溫區(qū)的上風，只留下風干燥，并且適當降低涂布機的走帶速度，結(jié)果大大改善了卷邊現(xiàn)象（雖然還有一點，應該可以調(diào)整好的）。用手觸摸干燥后的極片涂層，其表面光滑了許多，而且涂層附著力很強，涂層的顏色比之前變得更淺了，說明膠液沒有急劇上浮，沒有把導電劑帶到涂層表面，這個效果完全印證了以上的干燥理論。水系漿料中添加水系漿料中添加NMP NMP ？ 目的是為了“消除”漿料表面的液體張力，解決極片干燥時的卷邊和龜裂。 這是日本（