锂离子动力电池极片涂布过程具有什么特点？

实际工艺过程中，涂布液的均匀性、稳定性、边缘和表面效应受到涂布液的流变特性影响，从而直接决定涂层的质量。采用理论分析、涂布实验技术、流体力学有限元技术等研究手段可以进行涂布窗口的研究，涂布窗口就是可以进行稳定涂布，得到均匀涂层的工艺操作范围，其受到三类因素的影响：

（1）流体特性，如粘度μ、表面张力σ、密度ρ；

（2）挤压模头几何参数，如涂布间距H，模头狭缝尺寸w；

（3）涂布工艺参数，如涂布速度v，浆料送料流量Q等。

对于挤压式涂布，在固定的流量下，存在一个涂布速度上限和一个涂布速度下限，介于涂布速度上下限之间的范围即为涂布窗口。涂布窗口上限主要受到涂布液稳定性的影响，如当流量不足，或者涂布速度太快时，涂布液珠开始不稳定，容易产生空气渗入、横向波等缺陷。涂布窗口下限发生时，如流量过大或者涂布速度过慢，流体无法及时被带走，涂布液珠大量累积，容易形成水窒或者垂流。

而锂离子动力电池极片涂布过程具有其自身的特点：双面单层依次涂布，即使现在市场上出现的双面涂布机也是两面依次进行涂布的；浆料湿涂层较厚，一般为100~300μm；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；涂布基材为厚度为6~30μm的铝箔或铜箔。

一定流量的浆料从挤压头上料口进入模头内部型腔，并形成稳定的压力，浆料最后在模头狭缝出口喷出，涂覆在箔材上，涂层经过烘箱进行干燥。

，基本参数主要包括挤压模头到涂辊的间隙H、狭缝尺寸w、基材走带速度v，上料流量Q、涂布湿厚h、以及涂层宽度B。狭缝挤压涂布技术是一种先进的预计量涂布技术。涂布时，送入挤压模头的流体全部在基材上形成涂层，因而涂层湿厚h可以根据式（1）计算：

（1）

涂层干燥之后，浆料中溶剂去除，干涂层的面密度可由式（2）计算：

（2）

其中，N为浆料中固体物质含量，ρ为浆料的密度，Scoat为涂层的面密度，将式（1）代入式（2）中，可得式（3）：

（3）

由式（3）可见，对于密度ρ和固含量N一定的某一特定浆料，给定上料速度Q、涂层宽度B、以及基材速度v时，可以精确预估涂层涂布量，而与浆料流体的流变特性无关。基于这一特性，涂布机可以提高自动化程度，实现智能化自动控制。根据式（2）可知，对于密度ρ和固含量N一定的某一特定浆料，涂层的湿厚与涂层面密度具有线性关系，在涂布生产线上安装在线厚度检测系统，实时检测涂层的湿厚，同时将厚度信息反馈给涂布机，再对螺杆泵上料速度进行控制，从而调节涂布量。将浆料的密度ρ和固含量N等特性录入系统中，涂布速度v确定后，根据式（3）可以对上料速度参数实现智能调节。

如图2所示，涂布时在狭缝外流场的浆料流动过程中，由于基材移动使浆料沿着涂布方向流动，浆料内部相对运动产生相互的剪切力作用，同时形成一个速度梯度，称剪切速率。剪切应力与剪切速率的比例系数即为浆料的剪切粘度。锂离子负极浆料属于具有剪切稀释现象的非牛顿流体，粘度随着剪切速率的增加而降低。实际涂布工艺中，剪切速率γ可由式（4）估算：

（4）

其中，v为涂布速度，取值为0.15m/s；H为模头与涂辊的间距，取值200×10-6m时，则γ=750s-1。涂布时，假定剪切速率基本不发生变化，锂离子浆料是剪切稀释的非牛顿流体，粘度μ满足指数粘弹性规律，即可由式（5）表达：

（5）

其中，k为常数系数，n为指数因子，文献[7]报道，对于锂离子负极浆料，k=59.4Pa·sn，n=0.37。在涂布工艺条件的剪切速率下，锂离子负极浆料粘度μ约为1Pa·s。