锂电池涂布缺陷主要源于涂布浆料、涂布窗口及涂布烘烤三方面,武汉格瑞斯新能源有限公司在相关技术探索中,对此有深入研究。
制浆时,若分散不彻底会引入团聚颗粒,除铁过滤不彻底会带入金属屑,真空脱泡不完全会残留大量气泡,进而引发团聚(水疱)、金属颗粒污染、针孔(橘皮等)等涂布缺陷。
涂布工艺参数(如浆料体流量、涂布速度、狭缝间隙等)超出涂布窗口,易使空气卷入,产生垂流、周期横条纹和竖条纹;喂料泵、涂布辊等周期振动也会造成周期横条纹。
涂布烘烤环节,烘烤温度过高会导致粘结剂迁移、厚边、龟裂等缺陷。
要形成稳定均匀的涂层,涂布过程需满足多个条件:浆料性质稳定,无沉降且粘度、固含量等无变化;浆料上料供应稳定,在模头内部形成均匀稳定流动状态;涂布工艺在涂布窗口范围内,于模头与涂辊间形成稳定流场;走箔稳定,无走带滑动、严重抖动和褶皱。
涂布膜缺陷种类多、成因复杂。以锂离子电池狭缝挤压涂布为例,常见缺陷有点缺陷、边缘效应、锯齿缺陷等。
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点状缺陷
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针孔:涂布干燥时,材料空隙内空气逸出形成孔。湿膜中的气泡从内层向膜表面迁移,在膜表面破裂形成针孔,气泡主要源于搅拌、涂液输运及涂布过程。改善措施包括抽真空,选用分散性好、性能稳定的CMC,调整固含量、CMC和SBR配比,以及搅拌速度和时间。
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缩孔:由基材表面低表面张力斑点引起。若缩孔中心凸起,称为火山口;无中心凸起,称为凹坑。灰尘、油污、金属颗粒等外来颗粒导致颗粒表面处湿膜存在低表面张力区域,液膜向颗粒周围放射状迁移形成缩孔。改善措施为涂液过滤除铁、控制环境粉尘、清洁基材表面。
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负极涂布气泡:浆料搅拌不均匀,导电剂未分散开形成团聚体,极片表面会出现大面积凸起,即导电剂团聚体。改善方法是优化浆料搅拌工艺。
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橘皮:涂层呈现似橘子表面纹理的外观缺陷。涂布过程中,溶剂挥发使不同区域产生温度差,浆料上层和底层形成浓度差,引发表面张力梯度及自然对流,导致涂布溶液迁移,造成涂布表面不平整;烘箱干燥速率或热风风速过快,溶液在流平前固化,也会形成橘皮缺陷。改善措施一是降低干燥速率,让溶液有足够时间流平;二是在溶液里添加低挥发溶剂、表面活性剂等,减小温度差和浓度差。