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锂电子电池极片涂覆(涂布)工艺小介

锂离子电池的生产制造,是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程,整体来说,锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注夜、预充、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中,每道工序又可分为数道关键工艺,每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。

在极片制造工艺阶段,可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。在电磁组装工艺,有根据电池规格型号的不同,大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺,在最后的注液阶段有包括注液、排气、封口、预充、化成、老化等各个工艺。

  • 涂覆的意义

浆料涂覆是继浆料制备完成后的下一道工序,此工序主要目的是将稳定性好的、粘度好、流动性好的浆料均匀的涂覆在正负极流体上。极片涂覆对锂电池具有重要的意义,主要体现在以下几点:

  1. 电池容量和使用寿命的影响:在涂覆过程中,若极片前、中、后三段正负极浆料涂层厚度不一致,则容易引起电池容量过低、过高,在电池循环过程中更容易形成析锂,影响电池寿命。而且浆料涂覆前后差异大,极片混入粉尘、极片左右厚度不均匀等等都会影响到电池电化学性能的优劣。

  2. 电池的安全性影响:涂覆前要做好5S工作,确保涂覆过程中没有颗粒、杂物、粉尘等混入到极片中,如果混入杂物就会引起电池内部微短路,严重时导致电池起火爆炸。

  3. 电池的质量性能一致性影响:电池厂家是比较忌讳在同一批电池中有较大的容量差异、循环使用寿命差异,所以在极片涂覆过程中要保证极片前后参数一致。

因此对浆料涂覆工艺的要求是:在浆料足够好的情况下,极片活物质前、中、后面密度保持一致,涂覆过程中无杂物质混入。当然极片的好坏的界定不单单是以涂覆的效果来决定的,如果极片出现掉粉严重、不耐弯折、极片中有白色气泡等现象,这就是浆料的问题了,需要重新回到第一步进行解决。

  • 涂覆的方式

  涂覆设备主要由收放卷单元、供料单元、张力控制系统、涂覆机头、烘箱等部分组成。厂家应该根据自己的实际掌握的浆料配方及制备工艺进行选择设备实用功能。

转移式涂覆:涂辊转动带动浆料,通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量,并利用背辊或者涂辊的转动把浆料转移到基材上,按工艺要求,控制涂覆层的厚度以达到重要要求,同时,通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂,使固体物质很好的粘结于基材上。


转移式涂覆(涂布)有点事对浆料粘度要求不高,容易调节涂覆参数,无堵料等;

 

转移涂覆方式.jpg



  • 涂覆(涂布)中注意的问题

涂覆过程中减少涂覆缺陷,提高涂覆质量和良品率,降低成本是涂覆工艺需要研究的重要内容。涂覆过程中产生的浪费主要是初始调机(跟工艺员操作水平有关)、涂覆中断箔、混入异物等,每次停机都会产生一定距离的浪费。

  在涂覆(涂布)中常常出现的问题是:原料污染、涂覆(涂布)工艺不稳定、操作不规范、干燥程序设置错误等,这些问题常常会造成极片出现以下问题:

 

  1. 点状缺陷

主要来自于浆料内气泡和混入异物。气泡可以来自搅拌中脱泡未完全、供料工作过程中或者涂覆过程中。异物主要来自于操作时的食物或环境问题。

涂覆过程中,浆料内部气泡喷涂在极片上,经过烘箱烘干时,气泡破裂,在极片上形成白色圆斑。此处活物质涂层较薄,在电池充放电过程中也最易造成微短路。极片中有异物存在时,颗粒周围涂膜处是低表面张力区域,液膜向周围呈发射状移动,形成点状缺陷。防止出现此类缺陷的手段主要有:控制操作环境、优化浆料搅拌、控制涂覆速度、保证基材干净。

  1. 厚边缺陷

极片在辊压过程中,厚边承受更大的压力,不仅造成极片在横向密度上不同,也会造成厚边处活物质颗粒被碾碎。存在厚边缺陷的极片经过压制后,会出现较严重的翘曲现象,对后续的分切、卷绕过程中也会有很大的影响。厚边处活物质颗粒被碾碎后,在充放电过程中锂离子和电子的传输路径变远,则会导致电池内阻增大极化加深,会影响电池的使用寿命和安全。

   同时,由于极片边部较厚在卷芯内部构成应力集中点,此处极易发生析锂和微短路,对电池性能也是极为不利的。产生厚边的原因是浆料表面张力的驱使,使浆料向极片边缘无涂覆处迁移,烘干后形成厚边。

   有研究发现,涂覆速度对边缘宽度和高度无显著影响,边缘梯度随着着涂覆速度增加而增大,减小间隙比(涂覆间隙/膜层厚度),可以降低边缘效应。相关间隙涂覆研究表明,通过调整涂覆间隙、压力预调整也可以降低厚边。利用添加界面活性剂降低浆料表面张力的方法也可一定程度上减少厚边的发生。

  • 未来的涂覆(涂布)工艺的发展趋势

  间隙式涂覆(涂布)由于具有高精度、涂覆均匀、适合较大宽度涂覆等优点被广泛应用于动力电池领域。武汉坤元流延科技有限公司具备可靠而又成熟的涂布流延(涂覆)技术,设备精度高,人性化设计,愿与列位有志之士,多方合作,共襄盛举    

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