锂电池关于涂布的那些技术信息汇总

涂布工艺是一种依据对流体物性的研讨，将一层或许多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材一般为柔性的薄膜或许衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱枯燥或许固化方法使之构成一层具有特别功用的膜层。锂离子电池极片涂布的方法目前首要有逗号辊搬运涂布、狭缝揉捏涂布。

浆料性质对涂布的影响

涂布溶液的粘弹性对涂布成果的影响

涂布溶液自身的性质对涂布成果的影响很大。在你在进行涂布前，涂布溶液的剪切率-粘度数据是一个十分重要的考量因子。当涂布的溶液具有十分强的粘弹性，一般来讲关于涂布工艺，会带来更大的难度。

粘弹性是流体变形后粘度和弹性的反响表现，有些流体在剪切力下只有粘度的改变，而更多杂乱的流体在剪切变形后有很强的回弹性能。怎样去判别一个流体的粘弹性能呢？能够经过剪切力与粘度的曲线来判别，如下图。当遭到剪切力时，粘度有滞后现象，为粘弹体。

在压力开释后，流体的这种改变会很大程度上影响到涂布的作用。

那到底有怎样的影响呢？

在狭缝式涂布时，假如溶液以较大的剪切力从涂布头唇口挤出，或许以较快的速度涂覆，由于溶液在涂覆完成后，在压力开释的状况下，会有回缩，最后导致类似竖条纹的构成。乃至严峻的状况下，溶液的回缩会构成膜的皱褶，弯曲。

那怎样来防止这些缺点呢?

在狭缝涂布进程中，咱们需求十分小心肠操控流体在涂布头内部的流动，让溶液十分均匀地从唇口流出，并且关于溶液的剪切力尽量地操控到最小。

一般来讲一般的涂布溶液都有自流平的能力，而粘弹体不简略流动，所以成膜的平整性也会更低一点。

当你想涂布一种粘弹体时，有必要首要充沛了解这个具有更高分子量的聚合物在受力的状况下它的反响，已便更好地在涂布的进程中经过工艺的操控来抵消因而构成的缺点。

总体来讲，使该类流体在较低的剪切力下涂布是削减缺点概率的王道！

涂布工艺基本问题

SlotDie涂布中真空盒的重要性

SlotDie涂布工艺中流领会涉及到压力，粘弹力，惯性力，外表张力等，在各种力的作用下，整个流体体系到达一平衡，构成安稳的涂布进程。

在剖析流体在模头狭缝及空隙中的受力及流量时，咱们会依据润滑理论近似模型：

其间Pc为模头狭缝或许说内腔压力，PD为模头上唇口压力，PE和PU为下唇口不同区域的压力

然后依据库艾特流体及泊肃叶流态，依据斯托克斯方程能够核算得到：

液体在模头狭缝中的流量：

液体在模头下唇口的流量：

在安稳的涂布进程中，模头下唇口的流量应当为0，只有在为0时下唇口的液滴方位才是安稳的。

依据以上的推导，能够核算出PU小于PE。

然后再来看模头上唇口的流量，相对而言，会更杂乱许多。

依据上图的暗示，能够核算出模头上唇口的流量：

依据以上公式能够得到：

假如你想得到更薄的涂布量，那你就期望t小于1/2的HD,那假如是那样，你有必要要这样：

也便是

定论便是Po小于大气压。怎样做到小于大气压，那便是添加真空盒。换句话讲，你要得到比较薄的涂布厚度，真空盒的使用是十分必要的。以上便是整个模头涂布中真空盒使用的必要性的理论基础。

含颗粒溶液的模头涂布问题

一般简略的研讨方法是首要把溶液视作为牛顿流体，剖析均匀颗粒浓度与粘度之间的关系。然而，实验数据表明，含颗粒物的溶液在用模头（slotdie）涂布时它的实际状况比幻想的要杂乱许多。在1987时，Leighton和Acrivos在试验中发现，当溶液遭到必定的剪切力时，溶液中的颗粒散布会发生不均匀的状况。对许多功用涂层来讲，涂层的微结构对涂层的功用表现十分重要。

因而，在涂布工艺中关于涂层颗粒的散布状况的理解和猜测就显十分重要。

数学模型

我一直认为模头涂布进程中的流体模型是一个比较杂乱的模型，由于它涉及到比较多的不同界面的剖析。如下图：

依据动量守恒：

质量守恒：

颗粒在溶液中的迁移机理：

以上公式假定：

-颗粒为坚硬球体，不可紧缩

-忽略布朗分散，颗粒直径小于0.5微米

依据以上公式及假设得出如下定论

（1）含颗粒溶液在涂布狭缝中的状况

靠近狭缝壁邻近由于遭到高剪切力，颗粒的浓度比较低

狭缝中间方位的颗粒浓度最高，有或许会发生团聚现象

（2）含颗粒溶液在涂布唇口邻近的状况

液体颗粒浓度在靠近唇口方位由于遭到剪切力，浓度较低

颗粒往低剪切的区域搬运，颗粒会积聚在基材外表邻近

3、多层共涂技能

在一个基材上一起涂上多层,这多层还不混起来，还能烘干，这工艺很牛。本文讲讲用狭缝涂步(SlotDie)一起涂2-3层需求注意的一些东西。假如要一次非得涂个3层以上不可，那只能上斜坡涂布(SlideDie)了，如封面图，多层共涂之前首要用在感光胶卷膜的生产中,所以相关的许多专利也是其时柯达的。

CLOERENMultiLayerSlotDie

由于在多层共涂的工艺中，需求一起涂多层溶液，所以需求每一层要涂的溶液有一套独立的泵送体系，并且每套泵送体系一起又是计量体系，当然泵的类型和尺寸需求依据每个溶液的特性挑选。

多层共涂的关键在于溶液在从涂布头出来涂到基材上不能相混。怎样做到呢?

外表能……

上层溶液的外表能有必要低于下层溶液的外表能，能够经过外表活性剂调整来到达这个意图。每一层溶液间有必要有满足的外表能差，才干做到溶液之间发生层化(Stratification)。

σtop<σbottom

多层共涂的挑战首要有以下几点:

（1）涂层间的接触界面怎样防止涂层在涂布空隙中发生混流

（2）溶液在涂布头唇口的别离点，怎样调整使溶液在涂布头唇口的倒角处别离，而不至于一层溶液侵入到另一唇口中去或许在中间别离发生交叉混合。

（3）粘度的差异会影响层与层之间是否会交叉混合，在涂布和固化的进程中需求考虑溶液应力的开释，从而构成层混。

（4）外表能的差异，除了以上提到的这些，最后需求考虑的溶液在不同层之间的潮湿及溶液与基材之间的潮湿。

另外还有十分的关键的要素需求考虑，那便是当涂布厚度小于涂布空隙的1/3时，涂层的相混会很简略发生.

现在，多层共涂咱们考虑更多的是溶液自身的特性，而对工艺的细节评论比较少。跟着技能的开展，在不久的将来，多层共涂将会成为节约本钱的不贰挑选。

涂布缺点剖析

1、”凝胶“缺点的构成及处理方法

“凝胶”缺点常见于涂布工艺中。缺点外观为圆形或椭圆形的小圆点，一般能够用肉眼，或许在显微镜下看到缺点的圆点中心方位有一个胶状的颗粒。

凝胶首要在胶水制备进程中构成，一些聚合物颗粒没有溶解在溶剂中，而仅仅溶胀并且终究构成柔软的凝胶颗粒。这些颗粒缩短性强很简略紧缩，所以也就很难经过过滤器过滤，在过滤体系存在必定压力的状况下，凝胶颗粒会变形终究穿过过滤器的滤网。一个15微米的凝胶颗粒能够被紧缩后经过5微米的过滤器。

最好的处理凝胶的方法当然是尽或许的在制备胶水阶段让聚合物彻底溶解在溶剂中。聚合物的充沛溶解一般需求特别的处理方法。如有些状况下需求对溶剂与聚合物预混，双组分溶剂有时分对聚合物的溶解也有帮助，另外有必要严格遵守在制备胶水阶段各成分的添加顺序，优化反响的温度曲线也是操控凝胶的关键。最后在涂布的进程中，泵胶体系尽量坚持较低的压力，能够让过滤器有用地过滤掉尽或许多的凝胶。

2、外表张力方面的缺点

涂布进程的首要问题，归根到底基本上便是研讨固体基材和涂布液体之间的各种表/界面的性质。今日就扼要介绍一些与外表张力相关的一些涂布缺点或许说现象：

（1）橘皮现象

在涂布进程中由于涂布溶液中的溶剂蒸发，不同的区域发生了温度差，一起溶液的外表和底层的溶剂由于蒸发速度的不同，溶剂含量也发生了浓度差，构成了外表张力的梯度及自然对流的现象，涂布溶液由低外表张力的当地流向高外表张力的当地，终究构成了涂布外表的不平整或许说橘皮现象。假如烘箱的枯燥速率过快，或许说烘箱的热风风速过快，，都会构成溶液在流平前就提前固化，构成这种缺点。

真的橘皮和涂布膜面橘皮

削减该类缺点的方法：

降低枯燥速率，让溶液能够有满足的时分能够流平

换个溶剂试试

在溶液里加一些低蒸发的溶剂

加外表活性剂

（2）厚边

在涂布后，由于涂布溶液的边际的当地溶剂蒸发的速率也相比内部的区域更快，因而构成低外表张力区的涂布溶液流向边际而堆积，使得边际的当地过厚的现象。

（3）针孔及火山口

由于在涂布进程中涂布基材由于遭到较低外表张力的物体的污染，如油滴，尘埃等，而使污染物周围的涂布溶液流向较高外表张力的方向，构成了像火山口相同的缺点。假如污染物是在涂布之前就现已存在在基材上了，则会构成类似于针孔相同的缺点。

3、有规则竖条纹缺点

一般咱们所说的”规则竖条纹“(Ribbing)缺点指的是沿机器方向呈现的平行条纹，并且整个涂布幅面都有此缺点。假如在一个刚出涂布头的胶面上你拿个梳子或许锄地的耙子沿机器方向抓，人为地抓出了外观相同的缺点。(如下图）

该缺点最厌恶的当地是一旦发生了，你的产品得率一会儿就降到了0%，由于你找不到一块你能用的当地，而其他如突点，线条大不了你切割的时分把这块去除就能够了。

规则竖条纹“(Ribbing)怎样发生的：

从流体动力学的视点来讲，涂布液体在不同方位受力不安稳构成了此缺点。该不安稳在涂布基材上就会呈现横向方向的正弦波形散布的涂布厚度不均。

流体的受力差异构成了涂布厚度的不均匀散布，该受力差异是涂布液体自身粘弹力，惯性力，外表张力等各力在不同方向的叠加发生的。一般状况下，该条纹在烘干的进程中也很难经过流平消除。尽管这种涂布厚度的差异或许比较小，可是许多状况下或许说在必定视点肉眼仍是能够很简略观察到这种缺点。当然假如你理解他的发生机理，经过工艺调整仍是能够防止这种缺点的发生，从另一视点来讲，它必然有必定的工艺操作窗口，以狭缝涂布方法为例：

假如你用一个自身带沟槽的辊如线棒去涂，当发生这种缺点的时分你第一感觉是由于线棒的沟槽构成了这种缺点，但当你去量条纹的空隙宽度然后去和线棒的沟槽宽度比较时，发现两者并不相同，这并不彻底是沟槽的错！

怎样有用防止这种缺点：

处理问题的第一步，是要确认你现在的工艺是否在合理的工艺窗口（processwindow）内，由于你知道了工艺窗口，才知道怎样调啊。你不能瞎调碰运气啊！在涂布时，许多工艺参数是可调的，并且经过调整能够到达你想要的作用。

第二步，假如你真不知道工艺窗口，那也有一些常规通用的方法。

稀释你的涂布溶液，降低溶液粘度（其实便是降低溶液的Ca）

看是否能够加一些外表活性剂

假如是辊涂，减小辊子的直径也是一种有用的方法

第三步，假如你找到一个比较好的操作条件，有必要把这个操作文件做成规范操作程序，这样才干可继续可重复的做出好产品来！

4、横条纹缺点

之前聊过了竖条纹，今日咱来聊聊横条纹，条纹一直是涂布界的盛行形状，总是变着法出来秀一下。

一般咱们常见的横条纹是规则呈现的，或许说有频率地呈现,并且横向贯穿整个膜面。

为什么要单把这种缺点拿出来聊呢，由于许多年来大家都会把这个缺点的发生怪罪在涂布头上，而恰恰许多状况下，这个缺点的发生跟涂布头还真是没什么关系。实在是看不下去了，才拿出来好好聊聊。

由于给人的错觉是你看着溶液从涂布头出来，然后涂在基材上，一涂上去，那横条纹就出来了，那最大嫌疑必然是涂布头啊！其实横条纹的发生最首要有两个主因，但这两个主因又隐藏的比较好，不简略被你发现。

第一种或许性便是泵。假如泵自身有脉冲，打出来的溶液流量就不是安稳和继续的，那从涂布头出来的溶液也不会安稳。

所以在挑选计量泵时最好是挑选无脉冲的齿轮泵，压力罐，螺杆泵等和涂布头衔接。这些安稳的泵送体系能够确保你从涂头出来的流量也是安稳的。假如以上无脉冲的泵不适用你的工艺的状况下，那至少要给泵装个缓冲设备，来尽量削减脉冲。

另外衔接泵和涂头的可紧缩管道也会有或许是涂布动摇的起因。总之一个好的涂布溶液运送体系是你涂布的第一步。

第二种或许性是你涂布设备的干扰构成了这个缺点。

最简略的验证方法是，把横条纹呈现的频率和设备震动频率比较一下，看看是否共同。假如正好共同，那在或许的状况下，停掉该设备看这缺点是否消失，假如是，那想方法把设备移位或许更换。

当涂布辊筒与带动的电机没有很好的衔接的状况下，这种缺点呈现的概率就很大，比如说在窄缝涂布（slotdie）头设备上的背辊跳动比较大的状况下，你很简略在涂布的时分呈现有规则的此种缺点。

现在其实有许多的设备能够测试辊筒的跳动，所以假如你决定买一个好的涂布模头，那主张你模头后边的背辊也买好的，好的供应商在出厂时会帮你调整好辊筒的跳动，而不单单是模头精度高就能够的。

横条纹缺点怎样处理？

好，咱不单单授之鱼，并且还要授之以渔。假如是由于设备构成的，那就换好的辊筒和电机，假如是泵的原因，那就换无脉冲的泵。

可是，有时分你发现做了如上努力今后，那横条纹还在。主张在涂布头（slotdie）上装个真空盒试试，涂布溶液在涂到基材上的瞬间假如有一个负压能够很好的安稳你的涂布液滴，那能够很大程度上削减动摇。

真空盒不是万能的，用的不好，反而会成为横条纹的罪魁祸首，你幻想一下真空负压不安稳或许有脉冲的时分。

有时分假如你对涂布基材的外表做一些处理，让涂布溶液在基材上潮湿性更好，换个视点说流平性更好一些，这也有助于减轻这种缺点。

说以上这么多，其实最想着重的是，涂布工艺其实是有许多单元操作组成的一项工艺，是团队合作的成果，所以横条纹缺点的黑锅不能让涂布头一个人背。

所以许多时分在剖析涂布缺点的时分，不能盯着一个你觉得最或许的原因，有时分他比你幻想的杂乱，或许原因没有你幻想的那么显着。