1、極片漿料涂布工藝路線的選擇

1.1涂布方法的選擇

成功解決極片漿料涂布的關(guān)鍵之一是選擇合適的涂布方法。大約有20多種涂布方法可以用于將液體料液涂布于支持體上，而每一種技術(shù)有許多專門的配置，所以有許多種涂布型式可供選擇。

在研制鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室研究階段，有用刮棒、刮刀或擠壓等自制簡單的涂布實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行極片涂布試驗(yàn)，只能涂布出少量樣品供實(shí)驗(yàn)研究，效果并不太理想，并存在各種各樣的問題。

一般選擇涂布方法需要從下面幾個(gè)方面考慮，包括：涂布的層數(shù)，濕涂層的厚度，涂布液的流變特性，要求的涂布精度，涂布支持體或基材，涂布的速度等。

如何選擇適合極片漿料的涂布方法?除上述因素外，還必須結(jié)合極片涂布的具體情況和特點(diǎn)。鋰離子電池極片涂布特點(diǎn)是：①雙面單層涂布；②漿料濕涂層較厚(100～300μm)；③漿料為非牛頓型高粘度流體；④極片涂布精度要求高，和膠片涂布精度相近；⑤涂布支持體為厚度10～20μm的鋁箔和銅箔；⑥和膠片涂布速度相比，極片涂布速度不高。

我們首先從涂布層數(shù)來考慮選擇涂布的技術(shù)路線。極片需要在金屬箔兩面都涂漿料。目前有同時(shí)在支持體兩面進(jìn)行涂布的技術(shù)，但如果選用同時(shí)雙面涂布方法，就會(huì)使涂布后的干燥和極片傳送設(shè)備變成極為復(fù)雜和難于操作。因此涂布技術(shù)路線決定選用單層涂布，另一面在干燥后再進(jìn)行一次涂布。考慮到極片涂布屬于厚涂層涂布。刮棒、刮刀和氣刀涂布只適用于較薄涂層的涂布，不適用于極片漿料涂布。在余下的幾種涂布方法中，浸涂最為簡單，但其涂布厚度受涂布漿料粘度和涂布速度影響，難于進(jìn)行高精度涂布。

綜合考慮極片漿料涂布的各項(xiàng)特殊要求，擠壓涂布或輥涂可供選擇.

1.2條縫擠壓涂布及其涂布窗口

擠壓涂布技術(shù)是較為先進(jìn)的技術(shù)，可以用于較高粘度流體涂布，能獲得較高精度的涂層。

采用條縫擠壓涂布，如何獲得均勻的涂層?必須使擠壓嘴的設(shè)計(jì)及操作參數(shù)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，也就是進(jìn)入在涂布技術(shù)中稱為“涂布窗口”的臨界條件范圍內(nèi)，才能進(jìn)行正常涂布。

擠壓嘴的設(shè)計(jì)對(duì)涂布精度有極為重要的影響。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要有涂布漿料流變特性的詳細(xì)數(shù)據(jù)。而一旦按提供的流變數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)加工出的擠壓嘴，在涂布漿料流變性質(zhì)有較大改變時(shí)，就有可能影響涂布精度，擠壓涂布設(shè)備比較復(fù)雜，運(yùn)行操作需要專門的技術(shù)。

1.3 輥涂工藝的涂布窗口

輥涂是比較成熟的涂布工藝，若有高精度涂布輥和精密軸承，有可能得到均勻度較好的涂層。輥涂可以應(yīng)用于極片漿料的涂布。

輥涂有多種型式，按輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向區(qū)分就有順轉(zhuǎn)輥和逆轉(zhuǎn)輥涂布兩種。此外還有配置3輥、4輥等多達(dá)10多種輥涂型式。

究竟用哪一種輥涂型式比較好呢?這要根據(jù)各種漿料的流變性質(zhì)進(jìn)行選擇。也就是所設(shè)計(jì)的輥涂型式，結(jié)構(gòu)尺寸，操作條件，涂液的物理性質(zhì)等各種條件必須在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，也就是操作條件進(jìn)入涂布窗口，才能涂布出無弊病的涂層。

2極片涂布中的關(guān)鍵技術(shù)

在所有涂布產(chǎn)品中膠片所要求的涂布精度是最高的一種，因此膠片涂布中的許多技術(shù)是解決極片涂布的基礎(chǔ)。但極片涂布所特有的要求必須有特殊的技術(shù)才能解決。

2.1高粘度極片漿料的涂布

極片漿料粘度極高，超出一般涂布液的粘度，而且所要求的涂量大，用現(xiàn)有常規(guī)涂布方法無法進(jìn)行均勻涂布。我們比較分析了各種涂布方法，依據(jù)其流動(dòng)機(jī)理，結(jié)合極片漿料的流變特性和涂布要求，設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，找到了幾種可用于極片漿料的涂布方法，成功地解決了高粘度極片漿料連續(xù)穩(wěn)定、均勻涂布難題。

2.2極片定長分段和雙面疊合涂布技術(shù)

無論是膠片涂布，還是其他涂布產(chǎn)品，絕大多數(shù)都是在片幅上進(jìn)行連續(xù)涂布。而鋰離子電池極片是分段涂布，生產(chǎn)不同型號(hào)鋰離子電池，所需要的每段極片長度也是不同的。如果采用連續(xù)涂布，再進(jìn)行定長分切生產(chǎn)極片，在組裝電池時(shí)需要在每段極片一端刮除漿料涂層，露出金屬箔片。用連續(xù)涂布定長分切的工藝路線，效率低，不能滿足最終進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此我們考慮采用定長分段涂布方法，在涂布時(shí)按電池規(guī)格需要的涂布及空白長度進(jìn)行分段涂布。采用單純的機(jī)械裝置很難實(shí)現(xiàn)不同電池規(guī)格所需要長度分段涂布。我們?cè)谕坎碱^的設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將極片涂布頭設(shè)計(jì)成光、機(jī)、電一體化智能化控制的涂布裝置。涂布前將操作參數(shù)用鍵盤輸入計(jì)算機(jī)，在涂布過程中由計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)進(jìn)行定長分段和雙面疊合涂布。因此涂布機(jī)可以任意設(shè)定涂布和空白長度進(jìn)行分段涂布，能滿足各種型號(hào)鋰離子電池極片涂布的需要。

2.3極片漿料厚涂層高效干燥技術(shù)

極片漿料涂層比較厚，涂布量大，干燥負(fù)荷大。采用普通熱風(fēng)對(duì)流干燥法或烘缸熱傳導(dǎo)干燥法等干燥效率低。我們將膠片干燥中的高效干燥技術(shù)應(yīng)用于極片干燥器設(shè)計(jì)，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的熱風(fēng)沖擊干燥技術(shù)，提高了干燥效率，可以進(jìn)行均勻快速干燥，干燥后的涂層無外干內(nèi)濕或表面皸裂等弊病。

2.4極片涂布生產(chǎn)流水線基片(極片)傳輸技術(shù)

在極片涂布生產(chǎn)流水線中從放卷到收卷，中間包含有涂布、干燥等許多環(huán)節(jié)，極片(基片)有多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)拖動(dòng)。這和膠片涂布干燥生產(chǎn)流水線是相似的。我們成功地將膠片涂布機(jī)傳輸技術(shù)應(yīng)用于極片涂布，又針對(duì)基片是極薄的鋁箔銅箔，剛性差，易于撕裂和產(chǎn)生折皺等特點(diǎn)，①在設(shè)計(jì)中采取特殊技術(shù)裝置，在涂布區(qū)使極片保持平展，嚴(yán)格控制片路張力梯度，使整個(gè)片路張力都處于安全極限內(nèi)。②在涂布流水線的傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，我們采用了直流電機(jī)智能調(diào)速控制技術(shù)，使涂布點(diǎn)片路速度保持穩(wěn)定，從而確保了涂布的縱向均勻度。在涂布機(jī)傳輸片路設(shè)計(jì)中，在涂布、收卷等關(guān)鍵部位，都設(shè)計(jì)有自動(dòng)糾偏裝置，在涂布時(shí)使?jié){料準(zhǔn)確地涂布于基片上，兩邊留有均勻的片邊，在極片收卷時(shí)能得到邊緣整齊的片卷，為極片生產(chǎn)的下一道工序創(chuàng)造了有利條件。

3極片涂布工藝流程

極片涂布的一般工藝流程如下：放卷→接片→拉片→張力控制→自動(dòng)糾偏→涂布→干燥→自動(dòng)糾偏→張力控制→自動(dòng)糾偏→收卷

涂布基片(金屬箔)由放卷裝置放出供入涂布機(jī)。基片的首尾在接片臺(tái)連接成連續(xù)帶后由拉片裝置送入張力調(diào)整裝置和自動(dòng)糾偏裝置，經(jīng)過調(diào)整片路張力和片路位置后進(jìn)入涂布裝置。極片漿料在涂布裝置按預(yù)定涂布量和空白長度分段進(jìn)行涂布。在雙面涂布時(shí)，自動(dòng)跟蹤正面涂布和空白長度進(jìn)行涂布。涂布后的濕極片送入干燥道進(jìn)行干燥，干燥溫度根據(jù)涂布速度和涂布厚度設(shè)定。干燥后的極片經(jīng)張力調(diào)整和自動(dòng)糾偏后進(jìn)行收卷，供下一步工序進(jìn)行加工。

4設(shè)備安裝調(diào)試及涂布情況

研制的設(shè)備由機(jī)械設(shè)備，電氣控制，干燥通風(fēng)等系統(tǒng)組成，安裝后先后進(jìn)行了機(jī)械試車，機(jī)電聯(lián)試和聯(lián)動(dòng)試車，均達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。按鋰離子電池的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)投料涂布。

涂布條件：涂布基片厚度為20μm的鋁箔，涂布基片寬度為350mm，涂布速度5m/min。在上述條件下用漿料進(jìn)行單面定長涂布，雙面疊合涂布，同時(shí)進(jìn)行干燥。整條生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，涂布干燥均勻。

5樣品測試結(jié)果

5.1涂布均勻度

涂布量相對(duì)偏差范圍為2.22%～-1.85%，絕對(duì)誤差為4.07%。

6 拉漿正負(fù)極極片出現(xiàn)麻點(diǎn)顆粒現(xiàn)象,特別表現(xiàn)在負(fù)極拉漿,在涂布那刻表現(xiàn)最明顯,到出烤箱后比較難觀察到,但是取了片對(duì)輥后就明顯的顆粒.

原因:(本現(xiàn)象排除箔材氧化及外觀不良的可能)

（1）漿料放置時(shí)間過久,一般超出12H以上問題會(huì)比較嚴(yán)重,請(qǐng)關(guān)注是否有此問題,如果有請(qǐng)控制時(shí)間；

（2）漿料粘度過低(放久了粘度也會(huì)低),建議控制粘度在2500mpa.s以上；

（3）漿料存貯溫度過高,我遇到過一次,溫度>35度時(shí)就出現(xiàn)麻點(diǎn)，建議控制溫度在25度左右；

（4）無導(dǎo)電碳的配方很容易出現(xiàn)此問題,暫時(shí)無很好的辦法,建議參考以下三條

（5）攪拌轉(zhuǎn)速度過快,可以適當(dāng)根據(jù)你們的工藝降些轉(zhuǎn)速,只要能攪拌均勻,分散好.涂布時(shí)沒有堵網(wǎng)現(xiàn)象就不是問題.中轉(zhuǎn)暫存罐的轉(zhuǎn)速也要低些；

（6）對(duì)于已出現(xiàn)麻點(diǎn)的漿料建議處理如下A、攪拌幾罐粘度高的新鮮漿料混合使用掉B、在涂第二面時(shí)用無塵紙?jiān)诘诙婊纳仙晕⒋蛐┧?此方法很容易造成拖尾/尺寸異常等問題,不好掌握,不太建議使用)

（7）正極很少出現(xiàn)類似現(xiàn)象.負(fù)極倒是經(jīng)常有這種現(xiàn)象,顆粒現(xiàn)象.把漿料退回抽真空攪拌后會(huì)有改善,如果是正極片出現(xiàn)麻點(diǎn)現(xiàn)象就要考慮烘烤的溫度了,可以降溫減速會(huì)有改善。