极片浆料涂布工艺路线的选择.doc
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1、极片浆料涂布工艺路线的选择1.1涂布方法的选择成功解决极片浆料涂布的关键之一是选择合适的涂布方法。大约有20多种涂布方法可以用于将液体料液涂布于支持体上,而每一种技术有许多专门的配置,所以有许多种涂布型式可供选择。在研制锂离子电池实验室研究阶段,有用刮棒、刮刀或挤压等自制简单的涂布实验装置进行极片涂布试验,只能涂布出少量样品供实验研究,效果并不太理想,并存在各种各样的问题。一般选择涂布方法需要从下面几个方面考虑,包括:涂布的层数,湿涂层的厚度,涂布液的流变特性,要求的涂布精度,涂布支持体或基材,涂布的速度等。如何选择适合极片浆料的涂布方法?除上述因素外,还必须结合极片涂布的具体情况和特点。锂离
2、子电池极片涂布特点是:双面单层涂布;浆料湿涂层较厚 (100300m);浆料为非牛顿型高粘度流体;相对于一般涂布产品而言,极片涂布精度要求高,和胶片涂布精度相近;涂布支持体为厚度为 1020m的铝箔和铜箔;和胶片涂布速度相比,极片涂布速度不高。我们首先从涂布层数来考虑选择涂布的技术路线。极片需要在金属箔两面都涂浆料。目前有同时在支持体两面进行涂布的技术,但如果选用同时双面涂布方法, 就会使涂布后的干燥和极片传送设备变成极为复杂和难于操作。因此我们的涂布技术路线决定选用单层涂布,另一面在干燥后再进行一次涂布。考虑到极片涂布属于 厚涂层涂布。刮棒、刮刀和气刀涂布只适用于较薄涂层的涂布,不适用于极片
3、浆料涂布。在余下的几种涂布方法中,浸涂最为简单,但其涂布厚度受涂布浆料粘度和 涂布速度影响,难于进行高精度涂布。综合考虑极片浆料涂布的各项特殊要求,挤压涂布或辊涂可供选择。1.2条缝挤压涂布及其涂布窗口挤压涂布技术是较为先进的技术,可以用于较高粘度流体涂布,能获得较高精度的涂层。采用条缝挤压涂布,如何获得均匀的涂层?必须使挤压嘴的设计及操作参数在一个合适的范围内,也就是进入在涂布技术中称为“涂布窗口”的临界条件范围内,才能进行正常涂布。挤压嘴的设计对涂布精度有极为重要的影响。因此设计时需要有涂布浆料流变特性的详细数据。而一旦按提供的流变数据设计加工出的挤压嘴,在涂布浆料流变性质有较大改变时,就
4、有可能影响涂布精度,挤压涂布设备比较复杂,运行操作需要专门的技术。1.3辊涂工艺的涂布窗口辊涂是比较成熟的涂布工艺,如果有高精度涂布辊和精密轴承,有可能得到均匀度较好的涂层。辊涂可以应用于极片浆料的涂布。辊涂有多种型式,按辊的转动方向区分就有顺转辊和逆转辊涂布两种。此外还有配置3辊、4辊等多达10多种辊涂型式。究竟用哪一种辊涂型式比较好呢?这要根据各种浆料的流变性质进行选择。也就是所设计的辊涂型式,结构尺寸,操作条件,涂液的物理性质等各种条件必须在一个合理的范围内,也就是操作条件进入涂布窗口,才能涂布出无弊病的涂层。2极片涂布中的关键技术在所有涂布产品中胶片所要求的涂布精度是最高的一种,因此胶
5、片涂布中的许多技术是解决极片涂布的基础。但极片涂布所特有的要求必须有特殊的技术才能解决。2.1高粘度极片浆料的涂布极片浆料粘度极高,超出一般涂布液的粘度,而且所要求的涂量大,用现有常规涂布方法无法进行均匀涂布。我们比较分析了各种涂布方法,依据其流动机理, 结合极片浆料的流变特性和涂布要求,设计了各种实验方案进行验证,找到了几种可用于极片浆料的涂布方法,成功地解决了高粘度极片浆料连续稳定、均匀涂布难 题。2.2极片定长分段和双面叠合涂布技术无论是胶片涂布,还是其他涂布产品,绝大多数都是在片幅上进行连续涂布。而锂离子电池极片是分段涂布,生产不同型号锂离子电池,所需要的每段极片长度 也是不同的。如果
6、采用连续涂布,再进行定长分切生产极片,在组装电池时需要在每段极片一端刮除浆料涂层,露出金属箔片。用连续涂布定长分切的工艺路线,效 率低,不能满足最终进行规模生产的需要。因此我们考虑采用定长分段涂布方法,在涂布时按电池规格需要的涂布及空白长度进行分段涂布。采用单纯的机械装置很 难实现不同电池规格所需要长度分段涂布。我们在涂布头的设计中采用计算机技术,将极片涂布头设计成光、机、电一体化智能化控制的涂布装置。涂布前将操作参 数用键盘输入计算机,在涂布过程中由计算机控制,自动进行定长分段和双面叠合涂布。因此涂布机可以任意设定涂布和空白长度进行分段涂布,能满足各种型号锂 离子电池极片涂布的需要。2.3极
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