在鋰電池的生產(chǎn)過(guò)程中，漿料涂覆是至關(guān)重要的一道工序。其主要目的是將穩(wěn)定性好、粘度好、流動(dòng)性好的漿料均勻地涂覆在正負(fù)極集流體上，對(duì)鋰電池的容量、一致性、安全性等具有重大意義。然而，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，因極片涂布工藝引起的電池失效占全部原因引起的鋰電池失效的比例達(dá) 10%-15%。
1. 涂布干燥溫度控制：干燥溫度過(guò)低，極片無(wú)法完全干燥；溫度過(guò)高，極片內(nèi)部有機(jī)溶劑蒸發(fā)太快，表面涂層易出現(xiàn)龜裂、脫落等現(xiàn)象。
2. 涂布面密度：面密度太小，電池容量可能達(dá)不到標(biāo)稱容量；面密度太大，不僅造成配料浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)若正極容量過(guò)量，可能因鋰的析出形成鋰枝晶刺穿電池隔膜發(fā)生短路，引發(fā)安全隱患。
3. 涂布尺寸大小：涂布尺寸過(guò)小或過(guò)大，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部正極不能完全被負(fù)極包住。在充電過(guò)程中，鋰離子從正極嵌出，移動(dòng)到未被負(fù)極完全包住的電解液中，影響正極實(shí)際容量發(fā)揮，甚至形成鋰枝晶，刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。
4. 涂布厚度：涂布厚度太薄或太厚會(huì)對(duì)后續(xù)的極片軋制工藝產(chǎn)生影響，難以保證電池極片的性能一致性。
涂布前做好 5S 工作至關(guān)重要，確保無(wú)顆粒、雜物、粉塵等混入極片中，否則會(huì)引起電池內(nèi)部微短路，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池起火爆炸。
1. 漿料問(wèn)題：
1. 混合不均勻會(huì)導(dǎo)致活性材料、粘合劑和導(dǎo)電添加劑分散不均，使?jié){料不同位置固含不一致，最終影響涂布面密度。
2. 活性材料顆粒的團(tuán)聚和沉降會(huì)導(dǎo)致涂布過(guò)程中材料分布不均勻。
3. 漿料的粘度或成分隨時(shí)間變化，如溶劑蒸發(fā)或與空氣反應(yīng)，會(huì)直接影響涂層質(zhì)量。
2. 基材問(wèn)題：涂布基材表面粗糙度和厚度的變化會(huì)導(dǎo)致涂層不均勻，影響電極質(zhì)量的均勻性。
1. 設(shè)備老舊會(huì)導(dǎo)致涂布機(jī)性能下降，影響涂布質(zhì)量。
2. 設(shè)備維護(hù)不足導(dǎo)致的機(jī)械部件磨損或損壞也會(huì)造成涂布質(zhì)量差的問(wèn)題。
1. 干燥不均勻會(huì)使溶劑蒸發(fā)不均勻，導(dǎo)致材料重新分布，影響涂布面密度。
2. 涂布速度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致漿料沉積不一致，產(chǎn)生質(zhì)量負(fù)載差異。
3. 箔材起皺或拉伸會(huì)使有的區(qū)域漿料涂得多，有的區(qū)域漿料涂得少，導(dǎo)致面密度波動(dòng)。
4. 箔材張力變化會(huì)影響涂層的厚度和均勻性，進(jìn)而影響面密度的穩(wěn)定性。
5. 出料口堵塞會(huì)導(dǎo)致涂布不均勻，產(chǎn)生面密度波動(dòng)。
1. 溫度波動(dòng)會(huì)影響漿料粘度、干燥速率和溶劑蒸發(fā)，導(dǎo)致涂布厚度變化。
2. 濕度變化會(huì)影響干燥過(guò)程，特別是溶劑蒸發(fā)速率，使涂布面密度不均勻。
1. 缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控難以及時(shí)檢測(cè)和糾正涂布不一致問(wèn)題。
2. 人為因素干擾，手動(dòng)調(diào)控參數(shù)可能會(huì)引入人為因素的干擾從而導(dǎo)致涂布面密度波動(dòng)。
干電極工藝是對(duì)極片制作中涂布環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，采用干法涂布制作成品電極。與濕法涂布不同，干電極工藝采用 PTFE 粘結(jié)劑與電極粉末混合，通過(guò)擠出機(jī)形成電極薄膜，隨后利用壓延機(jī)熱壓成型，省去溶劑、簡(jiǎn)化工序，不需要濕法溶劑回收步驟與裝置。濕法用 NMP 溶劑，有毒且對(duì)環(huán)境不友好，碳排放量大。
干電極的生產(chǎn)工藝體現(xiàn)出對(duì)電極材料的包容性，能夠更好地與高鎳正極、硅基負(fù)極匹配，并且適應(yīng)固態(tài)電池體系，可作為下一代電池體系的技術(shù)儲(chǔ)備。
干法涂布在實(shí)踐中遇到巨大挑戰(zhàn)。以馬斯克的第一性原理實(shí)踐為例，干法正極工藝在通過(guò)輥壓把正極粉體壓制到特定厚度時(shí)，像披薩面團(tuán)一樣被壓扁但非常硬，導(dǎo)致壓輥壓力超負(fù)荷，發(fā)生位置偏移甚至變形。正極材料在纖維化完成后，呈黏性絮狀且相互交聯(lián)，自潤(rùn)滑性差，在連續(xù)傳輸過(guò)程中，極易出現(xiàn)偏析、架橋、結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象，自支撐膜制作難度極高。從特斯拉的視頻可以看出，采用臥式對(duì)壓輥制備極片膜時(shí)，會(huì)出現(xiàn)厚度不均勻、面密度不一致，甚至斷帶、孔洞等現(xiàn)象，局部過(guò)厚的粉體材料還會(huì)撐大壓輥縫隙，導(dǎo)致輥體變形、無(wú)法驅(qū)動(dòng)。
4680 電池采用全極耳（無(wú)極耳）設(shè)計(jì)，核心設(shè)計(jì)理念是通過(guò)正負(fù)極集流體與蓋板／殼體直接連接，成倍增大電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離，從而大幅降低電池內(nèi)阻，減少發(fā)熱量延長(zhǎng)電池壽命，并提高充放電峰值功率。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
全極耳設(shè)計(jì)使得電流通路變寬，內(nèi)阻減少，內(nèi)部損耗降低，從而大幅提升了電池功率。
全極耳結(jié)構(gòu)改善了散熱效果，增強(qiáng)了電池的熱穩(wěn)定性。
由于電流在電池內(nèi)部更容易移動(dòng)，充放電速度更快。
消除了生產(chǎn)線添加極耳的流程和時(shí)間，節(jié)省設(shè)備空間，減少制造缺陷的可能性。
綜上所述，鋰電池涂布工藝對(duì)電池性能至關(guān)重要，而干電極工藝作為創(chuàng)新技術(shù)雖具有諸多優(yōu)勢(shì)，但也面臨著巨大挑戰(zhàn)。4680 電池的全極耳設(shè)計(jì)在提升電池性能和生產(chǎn)效率方面表現(xiàn)出色。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，有望在涂布工藝和干電極技術(shù)等方面取得更大的突破，推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
首頁(yè)