1. コーティングプロセスがリチウム電池の性能に及ぼす影響
極性コーティングとは、一般に、撹拌されたスラリーを集電体上に均一にコーティングし、スラリー中の有機溶媒を乾燥させるプロセスを指す。コーティング効果は電池容量、内部抵抗、サイクル寿命、安全性に大きな影響を与え、電極シートの均一なコーティングを保証します。コーティング方法と制御パラメータの選択は、主に次のような点でリチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。
1) コーティング乾燥温度制御: コーティング中の乾燥温度が低すぎると、電極の完全な乾燥を保証できません。温度が高すぎると、電極内部の有機溶剤が急激に蒸発し、電極の表面塗膜に亀裂や剥離などが発生することがあります。
2) 塗膜面密度: 塗膜面密度が低すぎると、電池容量が公称容量に達しない可能性があります。塗膜面密度が高すぎると、成分の無駄が発生しやすくなります。深刻な場合には、正極容量が過剰になると、リチウムの析出によりリチウム樹枝状結晶が形成され、電池セパレータを突き破って短絡を引き起こし、安全上の危険が生じる可能性があります。
3) 塗膜サイズ: 塗膜サイズが小さすぎたり大きすぎたりすると、電池内部の正極が負極で完全に覆われない可能性があります。充電プロセス中、リチウムイオンは正極から埋め込まれ、負極で完全には覆われていない電解質に移動します。正極の実際の容量を効率的に利用することができず、ひどい場合には、電池内部にリチウム樹枝状結晶が形成され、セパレータに簡単に穴が開き、電池の内部回路に損傷を与える可能性があります。
4) コーティングの厚さ: コーティングの厚さが薄すぎたり厚すぎたりすると、その後の電極圧延プロセスに影響を及ぼし、バッテリー電極の性能の一貫性を保証できません。
さらに、電極コーティングは電池の安全性にとって非常に重要です。コーティング工程中に粒子、破片、塵などが電極に混入しないように、コーティングの前に5S作業を行う必要があります。ゴミが混入するとバッテリー内部で微小ショートが発生し、ひどい場合にはバッテリーの発火や爆発につながる可能性があります。
2. 塗装設備と塗装工程の選定
一般的なコーティング工程は、巻き出し→スプライシング→引っ張り→テンションコントロール→コーティング→乾燥→修正→テンションコントロール→修正→巻き取り等の工程となります。塗装工程は複雑で、塗装設備の製造精度、設備動作のスムーズさ、塗装工程中の動的張力の制御、空気の大きさなど、塗装効果に影響を与える要素も多くあります。乾燥プロセス中の流量と温度制御曲線。したがって、適切なコーティングプロセスを選択することが非常に重要です。
一般に、コーティング方法を選択するときは、コーティングする層の数、湿潤コーティングの厚さ、コーティング液のレオロジー特性、必要なコーティング精度、コーティング支持体または基板、そして塗装速度。
上記の要因に加えて、電極コーティングの特定の状況と特性も考慮する必要があります。リチウムイオン電池の電極コーティングの特徴は、①両面単層コーティング。 ② スラリーの湿潤塗膜は比較的厚い（100-300 μ m）。 ③ スラリーは非ニュートン性の高粘度流体です。 ④ 極性フィルムコーティングの精度要求はフィルムコーティングと同様に高い。 ⑤ コーティング支持体は、厚さ｛｛４｝｝μｍのアルミニウム箔と銅箔からなる。 ⑥ フィルムの塗布速度に比べて、偏光子の塗布速度は速くありません。上記の要因を考慮すると、一般的に実験用機器ではスクレーパー方式が採用され、民生用リチウムイオン電池ではロールコーティング転写方式が、動力用電池ではスリット押出方式が多く採用されています。
スクレーパーコーティング: 箔基材はコーティングローラーを通過し、スラリータンクに直接接触します。過剰なスラリーは箔基材に塗布されます。基材がコーティング ローラーとスクレーパーの間を通過するとき、スクレーパーと基材の間のギャップによってコーティングの厚さが決まります。同時に余分なスラリーを掻き落として還流し、基材表面に均一な塗膜を形成します。スクレーパーの主な種類はコンマスクレーパーです。コンマスクレーパーは、コーティングヘッドの重要なコンポーネントの 1 つです。通常、円形ローラーの表面の母線に沿って機械加工され、コンマ状のエッジを形成します。強度と硬度が高く、塗布量や精度の管理が容易なスクレーパーです。高固形分、高粘度のスラリーに適しています。
ローラー塗布搬送式：塗布ローラーが回転してスラリーを駆動し、コンマスクレーパーの隙間によりスラリーの搬送量を調整します。バックローラーと塗布ローラーの回転によりスラリーが基材に転写されます。プロセスを図 2 に示します。ローラーコーティング転写コーティングには 2 つの基本プロセスが含まれます。(1) コーティングローラーの回転によりスラリーが測定ローラー間のギャップを通過し、一定の厚さのスラリー層が形成されます。 (2) 塗布ローラーとバックローラーを逆回転させ、箔材にスラリー層を一定の厚みで転写して塗膜を形成します。
スリット押出コーティング：精密湿式コーティング技術であり、図3に示すように、動作原理はコーティング液を一定の圧力と流量でコーティング金型の隙間に沿って押し出し、スプレーし、基材に転写することです。他のコーティング方法と比較して、コーティング速度が速く、精度が高く、ウェット厚みが均一であるなど、多くの利点があります。コーティングシステムは密閉されているため、コーティングプロセス中の汚染物質の侵入を防ぐことができます。スラリーの利用率が高く、スラリーの性状を安定に保つことができる。複数層のコーティングを同時に実行できます。また、スラリーのさまざまな粘度および固形分範囲に適応でき、転写コーティングプロセスと比較してより強い適応性を備えています。
3. コーティング欠陥と影響要因
コーティング欠陥の削減、コーティングの品質と歩留まりの向上、コーティングプロセス中のコストの削減は、コーティング技術において研究する必要がある重要な側面です。コーティングプロセスでよくある問題には、ヘッドが厚くテールが薄い、両側のエッジが厚い、黒点のような点、表面が粗い、箔が露出しているなどがあります。ヘッドとテールの厚みはコーティングバルブや間欠バルブの開閉時間により調整できます。エッジ厚の問題は、スラリーの性状、塗布ギャップの調整、スラリー流量などの面から改善できます。箔材の安定化、速度の低下、角度の調整により、表面粗さ、凹凸、スジなどを改善できます。エアナイフの。
基材 - スラリー
スラリーの基本物性とコーティングの関係: 実際のプロセスでは、スラリーの粘度がコーティング効果に一定の影響を与えます。調製されるスラリーの粘度は、電極原料、スラリー比率、選択したバインダーの種類によって異なります。スラリーの粘度が高すぎると、連続的に安定して塗布できないことが多く、また塗布効果にも影響を与える。
コーティング液の均一性、安定性、エッジおよび表面効果は、コーティング液のレオロジー特性によって直接決定され、それによってコーティングの品質が直接決定されます。理論分析、コーティング実験技術、流体力学有限要素技術、およびその他の研究方法を使用して、安定したコーティングを達成し、均一なコーティングを得ることができるプロセス操作範囲を指すコーティングウィンドウを研究することができます。
基板 - 銅およびアルミ箔
表面張力：銅アルミニウム箔の表面張力は、コーティングされた溶液の表面張力よりも高くなければなりません。そうしないと、溶液が基板上にスムーズに広がりにくくなり、コーティングの品質が低下します。従うべき原則の 1 つは、コーティングされる溶液の表面張力が基板の表面張力よりも 5 ダイン/cm 低くなければならないということですが、これは大まかにすぎません。溶液や基材の表面張力は、基材の配合や表面処理を調整することで調整できます。両方の表面張力の測定も品質管理試験項目として含める必要があります。
均一な厚さ: スクレーパーコーティングと同様のプロセスでは、基材全体の厚さが不均一であると、コーティングの厚さが不均一になる可能性があります。コーティング工程では、スクレーパーと基材の間のギャップによってコーティングの厚さが制御されるためです。横方向の基材の厚さが薄い場合、より多くの溶液がその領域を通過し、コーティングの厚さは厚くなり、その逆も同様です。基板の膜厚変動を膜厚計で観測すると、最終的な膜厚変動も同様の偏差を示します。さらに、横方向の厚さの偏差も巻き取り不良につながる可能性があります。このような欠陥を避けるためには、原料の厚さを管理することが重要です。
静電気：塗装ラインでは、巻き出しやローラー通過時に基材表面に多量の静電気が発生します。発生した静電気によりローラー上の空気層や灰層が吸着されやすくなり、塗膜欠陥の原因となります。放電プロセス中に、静電気によってコーティング表面に静電気による外観欠陥が発生する可能性があり、さらに深刻な場合には火災を引き起こす可能性もあります。冬に湿度が低いと、塗装ラインの静電気の問題がより顕著かつ深刻になります。このような欠陥を減らす最も効果的な方法は、環境湿度をできるだけ高く保ち、塗装ラインを接地し、静電気防止装置を設置することです。
清浄度：基板表面の不純物は凹凸や汚れなどの物理的欠陥の原因となるため、基板の製造工程では原料の清浄度を十分に管理する必要があります。オンライン フィルム クリーニング ローラーは、基板の不純物を除去するのに比較的効果的な方法です。膜上のすべての不純物を除去できるわけではありませんが、原料の品質を効果的に向上させ、ロスを減らすことができます。
4. リチウム電池電極の欠陥マップ
【1】リチウムイオン電池の負極塗膜の気泡欠陥
【2】ピンホール
【3】キズ
【4】厚めのエッジ
【5】負極表面の凝集粒子
【6】正極表面の凝集粒子
【7】水系極亀裂
【8】偏光子の表面収縮
【9】偏光板表面の傷
【10】縦ストライプを入れる
【11】偏光板半乾燥部のローリングクラック
【12】偏光ローラー端のシワ
【13】 負極スリットコーティングと箔剥離
【14】極スライス切断バリ
【15】ポーラースライスカットウェーブエッジ
5. コーティングの均一性
いわゆるコーティングの均一性とは、コーティング領域内のコーティングの厚さまたは接着剤の分布の一貫性を指します。コーティングの厚さまたは接着剤の量の一貫性が優れているほど、コーティングの均一性は向上し、その逆も同様です。塗膜の均一性について統一した測定指標はなく、一定領域内の各点の塗膜厚や接着剤量の、その領域の平均塗膜厚や接着剤量に対する偏差や偏差の百分率で測定することもできます。特定の領域におけるコーティングの厚さまたは接着剤の量の最大と最小の差。コーティングの厚さは通常μmで表されます。
コーティングの均一性は、エリア全体のコーティング状態を評価するために使用されます。しかし、実際の生産では、通常、基板の水平方向と垂直方向の両方の均一性をより重視します。いわゆる横均一性とは、塗工幅方向（または機械幅方向）の均一性をいう。いわゆる縦方向の均一性とは、コーティングの長さ方向（または基板の移動方向）の均一性を指します。
水平方向と垂直方向の接着剤塗布エラーの大きさ、影響要因、制御方法には大きな違いがあります。一般に、基板（またはコーティング）の幅が大きくなるほど、横方向の均一性を制御することが難しくなります。コーティングにおける長年の実際的な経験に基づくと、基板の幅が 800 mm 未満の場合、通常、横方向の均一性は容易に保証されます。基板の幅が 1300-1800 mm の間の場合、横方向の均一性は多くの場合適切に制御できますが、それは難しく、かなりのレベルの専門知識が必要です。基板の幅が2000mmを超える場合、横方向の均一性を制御するのは非常に難しく、うまく扱えるメーカーは限られています。生産バッチ（つまり、コーティングの長さ）が増加するにつれて、縦方向の均一性が横方向の均一性よりも大きな課題または困難になる可能性があります。