锂离子电池极片涂布工艺全景扫描

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液、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。在电池组装工艺，又根据电池规格型号的不同，大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺。在最后的注液阶段又包括注液、排气、封口、预充、化成、老化等各个工艺。

电池制造过程中每道工序都会造成一定的浪费，浪费的原因有员工失误、设备失误、环境原因等等，为了保证产品的成本率足够好，就尽量保证每一步产品都是合格的。

一、涂布的意义

浆料涂覆是继制备浆料完成后的下一道工序，此工序主要目的是将稳定性好、粘度好、流动性好的浆料均匀地涂覆在正负极集流体上。极片涂布对锂电池具有重要的意义，主要体现在以下几点：

1.对成品电池容量具有重要意义。在涂布过程中，若极片前、中、后三段位置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，更易在电池循环过程中形成析锂，影响电池寿命。

2.对电池的安全性有重要意义。涂布之前要做好5S工作，确保涂布过程中没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片中，如果混入杂物会引起电池内部微短路，严重时导致电池起火爆炸。

3.对电池性能一致性具有重要意义。电池厂比较忌讳的是一批电池中，容量差异、循环寿命差异较大，所以在极片涂布过程中要保证极片前后参数一致。

4.对电池寿命有重要意义。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，都关系到电池电化学性能的优劣。

所以，该工艺对浆料涂覆的要求是：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，涂布过程中无杂质混入。当然了极片好坏的界定不仅仅是以涂布的效果来决定的，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。

二、涂布的方式

涂布设备主要由收放卷单元、供料单元、张力控制系统、涂布机头、烘箱等部分组成。涂布可以分为转移式涂布和挤出式涂布两种，两者各有优缺点。

转移式涂布：涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上，按工艺要求，控制涂布层的厚度以达到重量要求，同时，通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质很好地粘结于基材上。如图1所示。

其优点是对浆料粘度要求不高，容易调节涂布参数，无堵料等，不足之处在对于动力电池来说涂布精度较差，无法保证极片的一致性。浆料在辊间暴露于空气中，对浆料的性质有部分影响。

挤出式涂布：上料系统将涂料输送给螺杆泵，再将浆料动力输送至挤出头中，通过挤出形式将浆料制成液膜后涂布至移动的集流体上，经过干燥后形成质地均一的涂层，如图2所示。其优点是涂膜后极片非常均匀且精度高，涂层边缘平整度高，密闭操作系统，不受异物影响，适合量产。其不足之处在于设备精度要求高，维护保养要求高，浆料粘度范围要求高，变换规格时需要更换新的垫片。

三、涂布中注意的问题

涂布过程中减少涂布缺陷，提高涂布质量和良品率，降低成本是涂布工艺需要研究的重要内容。涂布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）、涂布中断箔、混入异物等，每次停机都将会产生一定距离的浪费。

在涂布中常常出现的问题是：原料污染、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的异物。气泡可以来自搅拌中脱泡未完全、供料工作过程中或者涂布过程中。异物主要来自于操作时的失误或环境问题。

涂布过程中，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迁移，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、控制涂布速度、保证基材干净。

2.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