锂电池涂布问题锂电池极片涂布过程起皱原因分析及对策|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

锂电池极片涂布过程起皱原因分析及对策

来源：锂电前沿

涂布是将具备特定功能的材料附着在目标基材表面，取代原有基材的固气界面，以保护基材或改善基材的表面功能，赋予基材新的功能特性；或直接利用涂层的表面特性，以提高最终产品的使用价值或利于后续加工。

近几年，随着涂布基材快速发展、精密电子产业以及新能源产业的迅速崛起，现代工业产品的制造对于涂布技术和涂布环境提出了越来越高的要求，如各种平面显示器的光学膜、软性印刷电路板以及新能源相关的锂离子电池电极等。精密涂布应用范围不断扩大使得早期的纺织涂布逐渐被更薄更精密的薄膜涂布所代替。而薄膜相对纺织品，基材更薄，耐温情况偏差，在涂布过程中更加容易产生起皱情况，给工艺技术带来较大的挑战。

文中所描述的涂布，并不是狭义上单指涂布工段，而是广义上泛指实现涂布产品的整个生产线，包括放卷、涂布上胶、烘道、收卷、牵引、复合等。本文将总结涂布过程中容易发生起皱的原因及解决方案，为技术人员提供一定的参考。

原因分析及解决对策

设备问题

导向辊的不平行

从设备安装角度来看，不论精度多高的设备，在运行了一段时间后，由于涂布片材在运行各张力的作用下会导致作用包角的导向辊发生偏移，而实际生产过程中发生褶皱，没有经验的生产班组以及技术人员，特别是对没有采取过程零缺陷控制的企业来说，往往第一时间会做导向辊的调整，而忽视了真正引起褶皱的其他几方面原因，从而导致导向辊的上下或左右不平行变成影响起皱的最主要原因。

解决方案： 首先需测量观察不平行的单根导向辊的左右直径是否一致，若不一致则需直接更换导辊；若左右直径一致则需要调整。具体调整方法：选择好基准点，先目测平行度，观察导向辊之间的间隙，之后再用辅助工具做测量，工程上最实用的测量方法是用卷尺绕过两根导向辊形成闭环椭圆读取周长，根据数据差异做出相应调整。

导向辊的安装问题

设备在安装导辊时，若两根导辊间隙过小，在没压合之前容易将薄膜挤成褶皱。生产运行过程中，由于导辊运转不佳或导辊表面有脏物造成膜不能伸展。

解决方案： 增大导辊间隙，减小片路中对导向辊的包角。导辊轴承应按时加润滑油，及时清理导辊表面脏物，保持导向辊干净无异物。

复合压力的问题

设备上，存在气缸、结构、胶辊设计不合理以及安装不到位的情况，导致复合辊两侧的压力不一致。

工艺上，存在胶辊压力设置过大的问题，导致薄膜过辊面时被压成褶皱印。

生产计划上，不同门幅产品之间的生产切换，主要是门幅窄的产品切换成门幅宽的产品，特别是门幅窄的产品生产时间越长，从橡胶辊剖面微观上分析，越容易在窄门幅对应尺寸上形成一定的凹印，成为“哑铃”形状，见图1。此时切换成宽门幅产品时，该凹印处会出现受力不均的情况，轻的形成压痕印，严重的导致起皱。

(a)正常橡胶辊状态

(b)变形后的橡胶辊状态

图1 橡胶辊状态

解决方案： 设备定期做复写纸测试，两张A4纸夹着复写纸，抬辊各自放置在辊子的两头，然后压辊，取出，根据复写纸压痕的深度来判定两侧的复合压力是否一致，若不一致需要做调整；工艺方面可以适当地减少复合压力；生产线最好安排生产同一种门幅的产品，或尽量避免长时间只安排生产窄幅产品，宽窄产品可穿插安排生产。

强制性纠偏

基材运行时，其边缘位置由于不能稳定地固定在一个位置上行走，会出现“蛇形”现象，因此需要设定纠偏装置来防止偏歪。但若纠偏位置匹配不当或校正不合理，则会发生强制性纠偏，此现象不是因为涂布过程中的自然走形，而是因为放卷位置与收卷位置不在一条线上而发生的强制性纠偏。该情况对于生产线长度偏短的生产线而言更加敏感，而对于长度稍长的生产线由于缓冲空间较大，会在生产过程中发生累计纠正，最终不影响整体生产状态。

解决方案：关掉放卷或收卷纠偏，让其通过自然走位到稳定位置后打开纠偏，做好位置标识，并作为放卷和收卷的固定位置。

气涨轴偏心

气涨轴一旦发生一边有气一边没气的情况，整体的卷姿便会发生偏心。从侧向微观上来看，是由长方形变成了“子弹头形”，见图2。生产受力在紧的一头，扁的一头处于松弛状态，从而形成受力松紧不一的情况导致褶皱。

解决方案： 更换气涨轴。

(a)正常状态

(b)偏心状态

图2 气涨轴形态

基材问题

基材自身的张力不均匀

涂布过程中，基材不论是自产或者外购，都已是成卷的材料，会存在基材放卷出来有本文描述的这些情况。有横向的宽幅单边松紧差异，生产过程中张力作用在紧的一边，收卷时松的一边成为蓬松状态而产生起皱；有纵向的松紧波动，生产过程中由于跟踪辊的速度差导致涂布过程上胶不均匀。

解决方案： 可以直接更换基材或适当加大基材的放卷张力，但不可过大。

基材在生产时发生的形变

基材在生产中发生变形主要受温度、受张力以及遇水收缩的影响。

如PET膜，其正常的软化温度为150 ℃～180 ℃，当原膜粒子混有杂质或使用回收膜拉延出来的PET膜，其软化温度不足150 ℃，静态时的热收缩测量暂无好的方法，生产在一定的工艺参数下会导致薄膜在烘箱中由于受温度作用而产生收缩起皱。

如热熔胶膜，在受温度及张力的作用下会产生展平，收卷后由于热胀冷缩及自身弹性的作用使得胶膜自身产生收缩，会导致收卷的产品产生起皱，特别是两种不同基材复合的情况，上基材与下基材的收缩情况不一致将产生鼓起或橘皮情况。

如全棉布，当所涂胶的胶黏剂为水性胶时，全棉布会遇水收缩，由于涂胶宽度是按照收缩前进行设定的，若没有定形设备，涂胶烘干后会在收缩处形成胶皮。同时全棉布也有遇热收缩的特性，生产过程中受温度影响会发生收缩。因此，当与其他基材复合经过有温度的热辊时，会产生一定的形变。合理的工艺条件下，由于涂布过程中有张力的作用，这种形变发生的不明显，当卷材成卷后，若上下基材结合力不够，或者上胶不匀，会在结合力不够或上胶不匀处产生收缩差，由于这种形变发生是不可逆的，便出现了橘皮、鼓起等起皱现象。

解决方案： 保证产品复合牢度及烘干的前提下，降低热辊或烘箱温度，保证产品正常涂布中减小或无放卷张力，同时使收卷张力尽量偏大。

基材张力不匹配

该原因引起的褶皱主要为竖向和斜向。竖向褶皱原因：过程张力过大，复合时无法展平，上下基材复合后起皱。斜向褶皱原因：过程张力过大、纠偏不当，造成基材本身松紧不一，受力不均匀，有规律地向松的一边皱叠。

解决方案：基材厚度越小则张力越小，基材门幅越窄则张力越小。若没有遵循该原则，张力不匹配则容易出现起皱；恒张力放卷、锥度张力收卷是一般生产中采用的张力设定原则，若设定不合理则容易在生产过程中随着卷径的变化而出现褶皱。

工艺问题

张力波动引起的变化

实际生产过程中，牵引辊运行速度一般要比前工段速度偏大，从而发挥牵引的作用，若设定不合理，便会产生起皱。同时如果基材存在纵向的松紧，在涂布过程中由于张力辊(跟踪辊)的作用会存在松紧变化，引起起皱。设备方面电机运行频率波动大也会影响整个生产过程中的松紧变化，从而引起起皱。

解决方案： 若是基材自身的问题则直接更换基材；若是工艺上张力设定过大则适当降低张力；若是设备问题则需要维护或更换备用配件。

加热温度过高

当工艺有对涂布后薄膜进行复合的设定时，由于加热温度过高，在复合时薄膜横向被烫成横向褶皱，或者由于温度过高而产生变形起皱。

解决方案： 降低温度。

胶层过厚

胶层过厚，特别是胶黏剂的黏度偏大时，两种基材经复合挤压后容易产生滑动而引起起皱。

解决方案： 适当降低涂层厚度，或者涂层厚度不变而降低固含量，或选择胶黏剂黏度偏小的原材料。

总之涂布过程出现起皱现象将会影响产品的外观、性能及最终用户的体验。本文从导向辊不平行、导向辊安装、复合压力以及强制性纠偏、气涨轴偏心等设备问题，从基材自身的张力不均匀、基材在生产时发生的形变、基材张力不匹配等基材问题，从生产过程张力波动引起的变化、加热温度过高、胶层过厚等工艺问题，即三个方面分别做了起皱原因分析并提出了解决方案。涂布过程防止起皱是需要一线技术人员和生产人员结合现场经常总结的工作。实际生产中，产品不同或者涂布方式不同都会引起起皱现象，甚至也有可能出现超出本文描述的起皱范畴，这就要求操作人员平时细心观察、及早发现，技术人员及时分析案例、做好总结，从而避免各类原因造成的起皱问题，保证产品质量稳定。

来源：锂电前沿

锂电池涂布暗痕的原因及解决措施

摘要：本文深入探讨了锂电池涂布过程中出现暗痕的原因，并提出了相应的解决措施。通过对涂布过程中刀口状态、颗粒卡阻、涂布速度、加热条件等因素的分析，明确了暗痕产生的机制。同时，从确保涂布一致性、控制烘干过程、优化涂布工艺和加强质量检查等方面给出了具体的解决方法，旨在提高锂电池的质量和性能。

一、引言

锂电池作为一种重要的储能装置，其性能和质量受到广泛关注。在锂电池的生产过程中，涂布是关键工序之一，而涂布暗痕的出现会严重影响电池的性能和一致性。因此，深入研究锂电池涂布暗痕的原因及解决措施具有重要的实际意义。

二、锂电池涂布暗痕产生的原因

（一）刀口问题

1. 刀口有异物

在拉浆过程中，若刀口处存在异物，如灰尘、杂质等，会阻碍浆料的均匀涂覆，导致极片表面局部厚度异常，从而产生暗痕。

2. 刀口表面不平整

刀口表面的不平整会使浆料在通过时受到不均匀的压力，造成极片表面厚度不一致，出现暗痕。

（二）颗粒卡阻

1. 辊压前颗粒卡阻

在辊压前，未打开的颗粒或小的干浆料可能会卡在刀口上，随着涂布的进行，在极片表面形成线状痕迹，表现为暗痕。

2. 辊压后颗粒卡阻

辊压过程可能会使原本隐藏的颗粒问题暴露出来，卡在刀口处，导致后续涂布产生暗痕。

（三）涂布速度不稳定

涂布速度对浆料在集流体上的涂覆效果有着显著影响。速度过快时，浆料来不及均匀铺展，易出现局部堆积或厚度不均；速度过慢时，浆料可能会过度干燥，导致表面粗糙度增加，两者都可能引发暗痕。

（四）加热条件不当

1. 加热温度不足

加热温度不足会导致浆料中的溶剂去除不充分，粘结剂结晶不完全，影响极片的结构和性能，容易产生暗痕和活性物质脱皮等问题。

2. 加热温度过高

过高的加热温度可能会使粘结剂过度结晶，破坏浆料的微观结构，同样会导致暗痕和其他质量问题。

三、解决锂电池涂布暗痕的措施

（一）确保涂布一致性

1. 监测浆料粘度

浆料粘度的变化会直接影响涂布的效果。应定期检测浆料的粘度，确保其在合适的范围内。当粘度发生较大变化时，及时调整配方或工艺参数。

2. 控制料斗液位高度

稳定的料斗液位高度有助于保持涂布压力的恒定。通过液位传感器和自动控制系统，实时监测和调整料斗内的浆料量，避免液位波动对涂布质量的影响。

3. 稳定涂布速度

采用高精度的调速装置和闭环控制系统，确保涂布速度的稳定性。在生产过程中，根据不同的浆料特性和涂布要求，优化设定涂布速度，并对速度波动进行实时监测和补偿。

（二）控制烘干过程

1. 合理设置烘干温度

根据浆料的组成和特性，通过实验和模拟确定最佳的烘干温度曲线。在保证溶剂充分去除的前提下，避免温度过高对粘结剂和活性物质造成损害。

2. 优化烘干时间

过长或过短的烘干时间都会影响极片的质量。通过热分析和实际生产测试，确定合适的烘干时间，以确保粘结剂结晶充分，同时防止过度干燥。

（三）优化涂布工艺

1. 改进涂布机设计

对涂布机的刀口结构、涂布头的形状和尺寸等进行优化设计，提高涂布的均匀性和精度。采用先进的流体模拟技术，对浆料在涂布过程中的流动行为进行仿真分析，为涂布机的设计改进提供理论依据。

2. 采用先进涂布技术

如狭缝涂布、喷雾涂布等先进技术，能够更好地控制涂布厚度和均匀性，减少暗痕的出现。同时，不断探索和引入新的涂布材料和工艺，提高涂布质量和效率。

（四）加强质量检查

1. 涂布和烘干前的检查

在涂布和烘干前，进行三次严格的检查。包括对极片厚度的测量，使用高精度的测厚仪，多点测量，确保厚度均匀；对浆料质量的检测，观察有无颗粒团聚、沉淀等现象；对极片尺寸的检查，保证尺寸符合设计要求。

2. 定期检查关键参数

定期检查制浆速度、烘烤时间和间隙等关键参数，与设定值进行对比，及时发现偏差并进行调整。建立完善的质量数据库，对检查数据进行记录和分析，为质量改进提供数据支持。

四、结论

锂电池涂布暗痕是一个复杂的问题，涉及到多个工艺环节和因素。通过对暗痕产生原因的深入分析，采取针对性的解决措施，如确保涂布一致性、控制烘干过程、优化涂布工艺和加强质量检查等，可以有效地减少暗痕的出现，提高锂电池的质量和性能。在实际生产中，需要不断总结经验，持续改进工艺和设备，以适应不断提高的锂电池质量要求。

文章来源：锂电池技术知识平台

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