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【锂电池】-涂布工艺解析

涂布目的:把浆料按一定尺寸与面密度均匀涂覆到集流体上,通过热风烘干后得到面密度一致极片。涂布质量的好坏,直接影响着电池的性能,此工序非常重要。涂布方式:常用的为逗号辊转移涂布和狭缝挤压涂布。关键工艺参数:涂布走带速度、浆料流量、烘箱温度、烘箱风速。产品管控的点:面密度、尺寸、极片外观。当前涂布设备的自动化程度都较高,包括正、反面双层同时涂覆、收卷自动切卷、在线β射线监控面密度、在线CCD相机监控尺寸、相机外观检测、缺陷自动标识。设备的精度不断提高和自动化程度的提高,对于极片的质量更有了保障。产品常见不良:错位不良:极片正、反面涂层未完全重合,存在错位,一般要求错位不超过1mm;面密度阴阳面:极片双层面密度检测合格,但单层面密度不合格;极片涂层开裂:干燥速率过快、极片过度烘烤等均会导致涂层开裂。

涂布工艺对锂电池性能的影响因素主要包括:

(1)涂布过程中如果温度过高容易导致极片龟裂,温度低则极片不能完全干燥,都会造成电池局部极化不一致;

(2)如果涂布面密度小,制成电池后电池容量不能达到标称容量,电池循环性能差;如果涂布面密度大,电池过厚,浪费材料,且可能由于正极过量形成锂枝晶,形成安全隐患;

(3)涂布尺寸过小或过大可能导致锂电池制作过程中负极不能完全包住正极,电池充放电过程不安全,充电过程锂离子从正极出来,没有被负极包住的地方多余锂离子游离在电解液中,电池正极容量不能充分发挥,更有可能因为锂的析出和枝晶生长刺穿隔膜,发生短路;

(4)涂布太厚或太薄影响辊压过程中厚度均匀性;

(5)第二面与第一面定位不齐,出现错位,同样可能造成负极不能完全包住正极的情况。

保证涂布过程中极片厚度、质量的稳定性和一致性,对锂电池性能一致性有重大影响。当然锂电池一致性是相对的,不一致性是绝对的,但可以通过进一步提高工艺参数的精确性来提高单体电池的一致性,提高工艺装备技术水平是目前工作的重点方向,同时要避免人为因素造成的不一致。


知识拓展:涂布干燥原理涂层干燥过程中,随着溶剂分子蒸发,其体积逐渐收缩;收缩情况与溶剂含量密切相关,分为三个阶段。
正常收缩阶段:溶剂蒸发量与涂膜收缩体积相等,使体积收缩的力为范德华力;涂膜始终处于饱和状态。残余收缩阶段:活物质颗粒开始接触,形成固相多孔骨架结构,并转为非饱和态。此时基质吸力Pc起主导作用。零收缩阶段:溶剂含量W进一步减小,固-液吸力迅速减弱,涂膜体积不再随溶剂蒸发而收缩。


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