涂布工艺是一种基于对流体物性的研究,将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺。锂离子电池极片涂布的方式目前主要有逗号辊转移涂布、狭缝挤压涂布。


浆料性质对涂布的影响


涂布溶液本身的性质对涂布结果的影响很大。在进行涂布前,涂布溶液的剪切率-粘度数据是一个非常重要的考量因子。当涂布的溶液具有非常强的粘弹性,通常来讲对于涂布工艺,会带来更大的难度。


粘弹性是流体变形后粘度和弹性的反应表现,有些流体在剪切力下只有粘度的变化,而更多复杂的流体在剪切变形后有很强的回弹性能。


如何去判断一个流体的粘弹性能?


可以通过剪切力与粘度的曲线来判断。当受到剪切力时,粘度有滞后现象,为粘弹体。在压力释放后,流体的这种变化会很大程度上影响到涂布的效果。


到底有怎样的影响?


在狭缝式涂布时,如果溶液以较大的剪切力从涂布头唇口挤出,或者以较快的速度涂覆,因为溶液在涂覆完成后,在压力释放的情况下,会有回缩,最后导致类似竖条纹的形成。甚至严重的情况下,溶液的回缩会造成膜的皱褶,卷曲。


如何来避免这些缺陷?


在狭缝涂布过程中,我们需要非常小心地控制流体在涂布头内部的流动,让溶液非常均匀地从唇口流出,并且对于溶液的剪切力尽量地控制到最小。总体来讲,使该类流体在较低的剪切力下涂布是减少缺陷概率的王道。


涂布工艺基本问题


Slot Die涂布中真空盒的重要性


Slot Die涂布工艺中流体会涉及到压力、粘弹力、惯性力、表面张力等,在各种力的作用下,整个流体系统达到一种平衡,形成稳定的涂布过程。在稳定的涂布过程中,要得到比较薄的涂布厚度,真空盒的使用是非常必要的。


含颗粒溶液的模头涂布问题


一般简单的研究方法是首先把溶液视作为牛顿流体,分析平均颗粒浓度与粘度之间的关系。然而,含颗粒物的溶液在用模头(slot die)涂布时它的实际情况比想象的要复杂很多。因此,在涂布工艺中对于涂层颗粒的分布情况的理解和预测就显得非常重要。


多层共涂技术


在多层共涂的工艺中,需要同时涂多层溶液,所以需要每一层要涂的溶液有一套独立的泵送系统,并且每套泵送系统同时又是计量系统,当然泵的类型和尺寸需要根据每个溶液的特性选择。


现在,多层共涂我们考虑更多的是溶液本身的特性,而对工艺的细节讨论比较少。随着技术的发展,在不久的将来,多层共涂将会成为节约成本的不二选择。


涂布缺陷分析


“凝胶”缺陷的形成及解决方法


“凝胶”缺陷常见于涂布工艺中。缺陷外观为圆形或椭圆形的小圆点,通常可以用肉眼,或者在显微镜下看到缺陷的圆点中心位置有一个胶状的颗粒。


最好的解决凝胶的方法当然是尽可能的在制备胶水阶段让聚合物完全溶解在溶剂中。聚合物的充分溶解通常需要特殊的处理方式。在涂布的过程中,泵胶系统尽量保持较低的压力,可以让过滤器有效地过滤掉尽可能多的凝胶。


有规律竖条纹缺陷


通常我们所说的”规律竖条纹“(Ribbing)缺陷指的是沿机器方向出现的平行条纹,并且整个涂布幅面都有此缺陷。


如何有效避免这种缺陷:


第一步,是要确定你现在的工艺是否在合理的工艺窗口内。在涂布时,很多工艺参数是可调的,而且通过调整可以达到你想要的效果。


第二步,稀释涂布溶液,降低溶液粘度,看是否可以加一些表面活性剂,如果是辊涂,减小辊子的直径也是一种有效的办法。


第三步,找到一个比较好的操作条件,必须把这个操作文件做成标准操作程序,这样才能可持续可重复的做出好产品。


横条纹缺陷


通常我们常见的横条纹是规律出现的,或者说有频率地出现,并且横向贯穿整个膜面。其实横条纹的产生最主要有两个主因。第一种可能性就是泵。第二种可能性是涂布设备的干扰造成了这个缺陷。


如果对涂布基材的表面做一些处理,让涂布溶液在基材上润湿性更好,换个角度说流平性更好一些,这也有助于减轻这种缺陷。


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