影响极片涂布的因素:
极片涂布一般选择的涂布方式主要从下面几个方面考虑,包括:涂布的层数,湿涂层的厚度,涂布液的流变特性,要求的涂布精度,涂布支持体或基材,涂布的速度等。
如何选择适合极片浆料的涂布方法?
除上述因素外,还必须结合极片涂布的具体情况和特点。锂离子电池极片涂布特点是:①双面单层涂布;②浆料湿涂层较厚 (100~300μm);③浆料为非牛顿型高粘度流体;④相对于一般涂布产品而言,极片涂布精度要求高,和胶片涂布精度相近;⑤涂布支持体为厚度为 10~20μm的铝箔和铜箔;⑥和胶片涂布速度相比,极片涂布速度不高。
涂布层数
极片需要在金属箔两面都涂浆料。目前有同时在支持体两面进行涂布的技术,但如果选用同时双面涂布方法,就会使涂布后的干燥和极片传送设备变成极为复杂和难于操作。因此我们的涂布技术路线决定选用单层涂布,另一面在干燥后再进行一次涂布。
涂布设备
考虑到极片涂布属于厚涂层涂布。刮棒、刮刀和气刀涂布只适用于较薄涂层的涂布,不适用于极片浆料涂布。在余下的几种涂布方法中,浸涂最为简单,但其涂布厚度受涂布浆料粘度和涂布速度影响,难于进行高精度涂布。
1、 条缝挤压涂布及其涂布窗口
挤压涂布技术是较为先进的技术,可以用于较高粘度流体涂布,能获得较高精度的涂层。 采用条缝挤压涂布,如何获得均匀的涂层?必须使挤压嘴的设计及操作参数在一个合适的范围内,也就是进入在涂布技术中称为“涂布窗口”的临界条件范围内,才能进行正常涂布。 挤压嘴的设计对涂布精度有极为重要的影响。因此设计时需要有涂布浆料流变特性的详细数据。而一旦按提供的流变数据设计加工出的挤压嘴,在涂布浆料流变性质有较大改变时,就有可能影响涂布精度,挤压涂布设备比较复杂,运行操作需要专门的技术。
2、辊涂工艺的涂布窗口
辊涂是比较成熟的涂布工艺,如果有高精度涂布辊和精密轴承,有可能得到均匀度较好的涂层。辊涂可以应用于极片浆料的涂布。 辊涂有多种型式,按辊的转动方向区分就有顺转辊和逆转辊涂布两种。此外还有配置3辊、4辊等多达10多种辊涂型式。
极片涂布中的关键技术
在所有涂布产品中胶片所要求的涂布精度是最高的一种,因此胶片涂布中的许多技术是解决极片涂布的基础。但极片涂布所特有的要求必须有特殊的技术才能解决。
1、高粘度极片浆料的涂布
极片浆料粘度极高,超出一般涂布液的粘度,而且所要求的涂量大,用现有常规涂布方法无法进行均匀涂布。我们比较分析了各种涂布方法,依据其流动机理,结合极片浆料的流变特性和涂布要求,设计了各种实验方案进行验证,找到了几种可用于极片浆料的涂布方法,成功地解决了高粘度极片浆料连续稳定、均匀涂布难题。
极片定长分段和双面叠合涂布技术
无论是胶片涂布,还是其他涂布产品,绝大多数都是在片幅上进行连续涂布。而锂离子电池极片是分段涂布,生产不同型号锂离子电池,所需要的每段极片长度也是不同的。如果采用连续涂布,再进行定长分切生产极片,在组装电池时需要在每段极片一端刮除浆料涂层,露出金属箔片。用连续涂布定长分切的工艺路线,效率低,不能满足最终进行规模生产的需要。因此我们考虑采用定长分段涂布方法,在涂布时按电池规格需要的涂布及空白长度进行分段涂布。采用单纯的机械装置很难实现不同电池规格所需要长度分段涂布。我们在涂布头的设计中采用计算机技术,将极片涂布头设计成光、机、电一体化智能化控制的涂布装置。涂布前将操作参数用键盘输入计算机,在涂布过程中由计算机控制,自动进行定长分段和双面叠合涂布。因此涂布机可以任意设定涂布和空白长度进行分段涂布,能满足各种型号锂离子电池极片涂布的需要。
2、极片浆料厚涂层高效干燥技术
极片浆料涂层比较厚,涂布量大,干燥负荷大。采用普通热风对流干燥法或烘缸热传导干燥法等干燥效率低。我们将胶片干燥中的高效干燥技术应用于极片干燥器设计,采用优化设计的热风冲击干燥技术,提高了干燥效率,可以进行均匀快速干燥,干燥后的涂层无外干内湿或表面皲裂等弊病。
3、 极片涂布生产流水线基片(极片)传输技术