漿料涂覆是繼制備漿料完成后的下一道工序，此工序主要目的是將穩(wěn)定性好、粘度好、流動(dòng)性好的漿料均勻地涂覆在正負(fù)極集流體上。極片涂布對(duì)鋰電池電池的容量、一致性、安全性等的具有重要的意義。據(jù)小小鋰博士不完全統(tǒng)計(jì)：因極片涂布工藝引起的電池失效占全部原因引起的鋰電池失效的比例超過10%，也是材料匠群里的熱門話題之一。
極片涂布一般是指將攪拌均勻的漿料均勻地涂覆在集流體上，并將漿料中的有機(jī)溶劑進(jìn)行烘干的一種工藝。涂布的效果對(duì)電池容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命以及安全性有重要影響，保證極片均勻涂布。涂布方式的選擇和控制參數(shù)對(duì)鋰離子電池性能的有重要影響，主要表現(xiàn)在：
1）涂布干燥溫度控制：若涂布時(shí)干燥溫度過低，則不能保證極片完全干燥，若溫度過高，則可能因?yàn)闃O片內(nèi)部的有機(jī)溶劑蒸發(fā)太快，極片表面涂層出現(xiàn)龜裂、脫落等現(xiàn)象；
2）涂布面密度：若涂布面密度太小，則電池容量可能達(dá)不到標(biāo)稱容量，若涂布面密度太大，則容易造成配料浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)如果出現(xiàn)正極容量過量，由于鋰的析出形成鋰枝晶刺穿電池隔膜發(fā)生短路，引發(fā)安全隱患；
3）涂布尺寸大小：涂布尺寸過小或者過大可能導(dǎo)致電池內(nèi)部正極不能完全被負(fù)極包住，在充電過程中，鋰離子從正極嵌出來，移動(dòng)到?jīng)]有被負(fù)極完全包住的電解液中，正極實(shí)際容量不能高效發(fā)揮，嚴(yán)重的時(shí)候，在電池內(nèi)部會(huì)形成鋰枝晶，容易刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部電路；
4）涂布厚度：涂布厚度太薄或者太厚會(huì)對(duì)后續(xù)的極片軋制工藝產(chǎn)生影響，不能保證電池極片的性能一致性。
另外極片涂布對(duì)電池的安全性有重要意義。涂布之前要做好5S工作，確保涂布過程中沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片中，如果混入雜物會(huì)引起電池內(nèi)部微短路，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池起火爆炸。
廣義的涂布過程包括：開卷→接片→拉片→張力控制→涂布→干燥→糾偏→張力控制→糾偏→收卷等過程。涂布工藝復(fù)雜，同時(shí)影響涂布效果的因素也較多，比如：涂布設(shè)備的制造精度、設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)程度以及涂布過程中動(dòng)態(tài)張力的控制、烘干過程中風(fēng)量的大小以及溫度控制曲線都會(huì)影響涂布的效果，所以選擇合適的涂布工藝極為重要。
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。
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。綜上因素考慮，一般實(shí)驗(yàn)室設(shè)備往往采用刮刀式，消費(fèi)類鋰離子電池多采用輥涂轉(zhuǎn)移式，而動(dòng)力電池多采用狹縫擠壓式方法。
圖1 涂布機(jī)設(shè)備主要構(gòu)件
刮刀涂布：工作原理如圖1所示，箔基材經(jīng)過涂布輥并直接與漿料料槽接觸，過量的漿料涂在箔基材上，在基材通過涂輥與刮刀之間時(shí)，刮刀與基材之間的間隙決定了涂層厚度，同時(shí)將多余的漿料刮掉回流，并由此在基材表面形成一層均勻的涂層。刮刀類型主要逗號(hào)刮刀。逗號(hào)刮刀是涂布頭中的關(guān)鍵部件之一，一般在圓輥表面沿母線加工成形似逗號(hào)的刃口，這種刮刀具有高的強(qiáng)度和硬度，易于控制涂布量和涂布精度，適用于高固含量和高黏度的漿料。
輥涂轉(zhuǎn)移式：涂輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漿料，通過逗號(hào)刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥和涂輥的轉(zhuǎn)動(dòng)將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，工藝過程如圖2所示。輥涂轉(zhuǎn)移涂布包含兩個(gè)基本過程：（1）涂布輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漿料通過計(jì)量輥間隙，形成一定厚度的漿料層；（2）一定厚度的漿料層通過方向相對(duì)的涂輥與背輥轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移漿料到箔材上形成涂層。
狹縫擠壓涂布：作為一種精密的濕式涂布技術(shù)，如圖3所示，工作原理為涂布液在一定壓力一定流量下沿著涂布模具的縫隙擠壓噴出而轉(zhuǎn)移到基材上。相比其它涂布方式，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如涂布速度快、精度高、濕厚均勻；涂布系統(tǒng)封閉，在涂布過程中能防止污染物進(jìn)入，漿料利用率高、能夠保持漿料性質(zhì)穩(wěn)定，可同時(shí)進(jìn)行多層涂布。并能適應(yīng)不同漿料粘度和固含量范圍，與轉(zhuǎn)移式涂布工藝相比具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
所謂涂布均勻性是指在涂布區(qū)域內(nèi)涂層厚度或涂膠量分布的一致性。涂層厚度或涂膠量的一致性越好，涂布均勻性越好，反之越差。涂布均勻性并沒有統(tǒng)一的度量指標(biāo)，可以用一定區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的涂層厚度或涂膠量相對(duì)于該區(qū)域的平均涂層厚度或涂膠量之偏差或偏差百分比來衡量，也可以用一定區(qū)域內(nèi)最大和最小涂層厚度或涂膠量之差來衡量。涂層厚度通常用μm表示。
涂布均勻性都是用來評(píng)價(jià)一個(gè)區(qū)域的整體涂膠狀況的。但在實(shí)際生產(chǎn)中，我們通常更關(guān)心在基材橫向和縱向兩個(gè)方向上的均勻性。所謂橫向均勻性在涂布寬度方向（或機(jī)器橫向）上的均勻性。所謂縱向均勻性是在涂布長(zhǎng)度方向（或基材行進(jìn)方向）上的均勻性。橫向和縱向涂膠誤差的大小、影響因素及控制方式都有很大的不同。一般情況下，基材（或涂膠）寬度越大，橫向均勻性就越難控制。根據(jù)涂布在線多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)基材寬度在800mm以下時(shí)，橫向均勻性通常都很容易保障；當(dāng)基材寬度在1300～1800mm時(shí)，橫向均勻性常常能控制好但有一定的難度，需要相當(dāng)專業(yè)的水準(zhǔn)；而當(dāng)基材寬度在2000mm以上時(shí)，橫向均勻性的控制在有非常大的難度，只有極少?gòu)S家能處理好。而當(dāng)生產(chǎn)批量（即涂布長(zhǎng)度）增加時(shí)，縱向均勻性就可能成為比橫向均勻性更大的難點(diǎn)或挑戰(zhàn)。
來源：材料匠
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：鋰電行業(yè)：涂布是門學(xué)問，要搞懂真不容易
