一种分析锂电池极片涂布干燥过程的新方法
锂电池涂布机关键技术
锂电池涂布机关键技术摘要：大容量动力蓄电池逐渐成为动力电源的主体，其中作为绿色蓄电池的动力锂电池，以其能量高、工作电压高、工作温度范围宽、体积小、质量轻、贮存寿命长等特点，且具有不会造成二次污染、不具有记忆效应等优点，成为新能源储能首选。
但锂电池生产装备仍是制约国内当前锂电池产业发展的一个重要瓶颈，如搅拌、涂布、卷绕、注液作为锂电池制造的关键工艺环节，对装备的依赖性非常高。
涂布是锂电池生产的重要工序，涂布设备的性能优劣直接影响着锂电池产品的最终性能。
本文主要分析了锂电池涂布机关键技术。
关键词：锂电池；涂布机；关键技术1、动力锂电池及涂布机的主要生产工艺新能源汽车的发展间接促进了锂电生产设备的市场需求，虽然我国动力锂电池产能最高，但是锂电池生产设备水平落后，特别是与日韩的锂电池设备厂商存在较大技术差距，目前有很大比例的锂电池生产设备依赖进口，国产化设备的替代空间很大。
动力锂电池主要的生产工艺流程如图1所示，其中涂布是整个工艺流程的第二步，涂布是将制备好的浆料均匀涂覆在传送基带上并烘干。
高质量的涂布极片表面平整光滑、敷料均匀、附着力好、干燥、不脱料、不掉料、不缺料、无积尘、无划痕、无气泡。
电池的寿命受电极质量的影响，电极的质量主要取决于加工和制造技术，所以涂布的质量、精度以及稳定性是保证动力锂电池质量及可靠性的基础。
图1 动力锂电池生产工艺流程图锂电池涂布机主要是用来将阴阳极锂电池浆料均匀地涂覆在厚度为6～30μm 的铜箔或铝箔上面，并进行烘干处理，烘干后极片的厚度约为0.1～0.2mm。
其工艺流程为：安放在放卷装置上的极片基材经自动纠偏后进入浮辊张力系统，调整放卷张力后进入涂布头，极片浆料按涂布系统的设定程序进行涂布。
涂布后的湿极片进入烘箱由热风进行干燥。
干燥后的极片经张力系统调整张力，同时控制收卷速度，使它与涂布速度同步。
极片由纠偏系统自动纠偏使其保持在中心位置，由收卷装置进行收卷。
2、锂电池涂布机的关键技术研究2.1涂布技术涂布系统按照涂布方式特点可分为转移式涂布和挤压式涂布两种，挤压式涂布系统比转移式涂布系统的机头涂布部分和上料部分更加复杂，其余结构基本相同，主要有收放卷部分、烘干部分和电气控制部分组成。
锂电池湿法制浆工艺和干法制浆工艺的方法及优缺点
锂电池湿法制浆工艺和干法制浆工艺的方法及优缺点电极浆料制备和极片涂布无疑是电极制造的最基础内容，最关键的工序，而电极浆料性质又直接影响着涂布的效率、质量。
锂离子电池的生产中，电极制造、电芯装配封装、电池预充化成激活是三个主要的工作阶段，也就是在锂电人口中所说的前道工序、中道工序及后道工序。
电极制造是生产锂电池的血肉，电芯装配封装则是塑造锂电池的骨架，锂电池预充化成激活则是铸其魂，三者是紧密相依且不可分割的整体，在锂离子电池生产过程中都起着重要的作用。
其中任何一个因素，例如原材料，电池设计，制造设备与工艺，环境等，略有缺陷都可能导致电池产品性能的不良。
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。
当然，根据制造工艺的不同，每个公司厂家都会对其中的部分工艺顺序进行变化或删改。
电极浆料制备和极片涂布无疑是电极制造的最基础内容，最关键的工序，而电极浆料性质又直接影响着涂布的效率、质量。
锂电池浆料分为正负极浆料，两种浆料所用活物质、导电剂、粘结剂、溶剂等随电池体系不同而不同。
正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程，而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。
无论采用水系体系还是油系体系，当前锂电厂家采用的搅拌工艺主要分为湿法工艺和干法工艺两种。
下面来对两种搅拌工艺进行分析：一、湿法制浆工艺湿法制浆和干法制浆工艺的区别，主要体现在不同阶段，浆料固含量的区别上。
湿法制浆工艺特点是浆料成品前期固含量较低，而干法制浆则刚好相反。
湿法制浆的主要流程是先将粘结剂、导电剂等物质进行混合搅拌，随后加入活物质进行充分的搅拌分散，最后加入适量溶剂进行粘度的调整，以适合涂布。
粘结剂的状态主要有粉末状和胶状，有的公司会采用先打成胶液，这样便于粘结剂的作用发挥，有的公司则直接采用粉末的粘结剂。
正负极的粘结剂状态选择也得根据情况而定，例如对于常用的正极粘结剂PVDF来说，较高的。
激光测厚仪在锂电池极片生产中的应用
激光测厚仪在锂电池极片生产中的应用2.河北省锂电池极片轧切设备技术创新中心摘要:本论文探讨了激光测厚仪在锂电池极片生产中的应用。
通过对锂电池极片的厚度进行准确测量和控制，可以提高产品的质量和一致性，进一步提升锂电池的性能和可靠性。
首先，介绍了激光测厚仪的原理和工作方式，并分析了其优势和适用性。
然后，阐述了在锂电池极片生产过程中使用激光测厚仪进行厚度测量和控制的重要性。
接着，详细讨论了激光测厚仪在正极片和负极片生产中的具体应用案例，并分析了其对生产效率和产品性能的影响。
最后，总结了激光测厚仪在锂电池极片生产中的应用优势，并展望了未来的发展方向。
关键词:激光测厚仪，锂电池，极片生产，厚度控制引言:随着能源需求的增长和环境意识的提高，锂电池作为一种高性能和可重复充电的电源装置，已广泛应用于移动设备、电动车辆和储能系统等领域。
锂电池的性能和可靠性很大程度上取决于极片的制造质量。
极片的厚度是影响电池容量和循环寿命的重要因素之一。
因此，实现精确的极片厚度控制对于锂电池的生产至关重要。
一、激光测厚仪的原理和优势激光测厚仪采用激光束的反射和干涉原理来测量物体的厚度。
当激光束照射到物体表面时，一部分光会被反射回来，而另一部分光会进入物体并在物体内部发生反射和折射。
通过测量反射光和透射光之间的相位差，可以推断出物体的厚度。
激光测厚仪相较于传统的测量方法具有许多优势。
首先，它是一种非接触式测量技术，无需实际接触物体即可进行测量，避免了由于接触而可能引起的损坏或变形。
其次，激光测厚仪具有高精度，能够测量非常细小的厚度变化，提供更准确的结果。
此外，激光测厚仪具有快速测量的特点，能够在短时间内完成测量，提高生产效率。
另外，由于激光测厚仪是实时测量的，可以进行持续监控和调整，确保产品质量的一致性和稳定性。
这些优势使得激光测厚仪成为锂电池极片生产中理想的厚度测量工具。
在锂电池极片生产过程中，精确的厚度控制对于电池的性能和一致性至关重要。
锂电池隔膜涂布工艺流程
锂电池隔膜涂布工艺流程锂电池隔膜涂布工艺流程随着电动车、智能手机、可穿戴设备等电子产品的普及，锂电池作为一种高性能、高能量密度的电池技术，受到了广泛的关注和应用。
锂电池的性能和安全性取决于很多因素，其中隔膜是关键的组件之一。
隔膜的涂布工艺对锂电池的性能和生命周期有着重要影响。
本文将深入探讨锂电池隔膜涂布工艺流程的各个方面，帮助读者深入理解这一重要工艺。
一、介绍锂电池隔膜涂布工艺1. 隔膜的作用锂电池隔膜主要用于防止正负极之间的直接接触，以避免短路事故的发生。
隔膜还需要具备良好的电导性和离子传输性能，以提高电池的能量输出效率。
2. 涂布工艺的作用涂布工艺是将隔膜材料均匀地涂布在电池极片上的过程。
通过涂布工艺可以控制隔膜的厚度和均匀性，以及涂布速度和温度等参数的调节，从而影响锂电池的性能。
二、锂电池隔膜涂布工艺流程详解1. 准备工作在进行隔膜涂布之前需要进行准备工作。
首先是检查涂布设备的状态，确保设备正常运行，并清洁设备以保证工艺的稳定性。
需要准备好隔膜材料和溶液以及相应的工艺参数设定。
2. 材料处理隔膜材料通常以卷状供应，需要在涂布前进行切割、矫正和烘干等处理，以保证隔膜的尺寸和质量满足要求。
这一步骤对保证涂布质量和均匀性非常重要。
3. 涂布工艺参数设置涂布工艺参数的设置包括涂布速度、涂布温度和压力等。
这些参数的选择和调节需要考虑隔膜材料的性质和要求，并通过实验和试验确定最佳参数。
4. 涂布过程涂布过程是将隔膜材料均匀地涂布在电池极片上的过程。
通常使用滚轮或刮板等涂布装置，将隔膜材料从涂布槽中提取，并均匀地覆盖在电池极片上。
涂布过程需要控制涂布厚度和均匀性，以避免涂布过多或不足造成的问题。
5. 烘干和固化涂布完成后，需要对隔膜进行烘干和固化，以确保涂布层的稳定性和质量。
烘干过程需要控制温度和时间，避免过热或过干导致的问题。
三、锂电池隔膜涂布工艺中的关键问题和改进方向1. 涂布均匀性涂布均匀性是影响涂布质量的关键因素之一。
锂离子电池极片辊压工序简介
所能 尽
可能
创造
Sherk
三 辊压影响
2.辊压情况对电芯性能的影响
辊压过程会出现的几个典型问题是：
①极片厚度不一致。厚度不一致，意味着活物质密度不一 致，锂离子和电子在极片中传输、传导速率则会有所不同 。当电流密度不同时，极易引起枝晶锂的析出，对电芯性 能不利。此外，极片厚度不同时，活性物质与集流体之间 的接触电阻也是不同的，极片越厚内阻越大，电池极化也 就越严重，影响电芯容量。 ②极片部分位置出现过压。原因可能是涂布时部分位置厚 度过厚，过压后影响电解液的浸润效果，对电芯的性能也 有很大的影响。易出现析锂现象
弹导致厚度增加。因此辊缝大小和扎制载
荷是两个重要的参数，所以辊缝要小于要
求的极片最终厚度。辊压速度的大小直接
决定载荷作用在极片上的保持时间，也会
影响极片的回弹，最终影响极片的涂层密
极片你辊压示意图
度和孔隙率。
在辊压速度Vcal下，极片通过辊缝，线载荷可由以下公式计算：
qL=Fn/Wc 其中qL为作用在极片上的线载荷，Fn为作用在极片上的轧制力，Wc为 极片涂层的宽度。
160 161.1 159
4
160.7 160.5 159.9 159 159.9 159.1 160 161.1 159.5
5
160 160.1 159 159 159.9 159 160.6 161.3 159
6
160 160.8 159.2 159.2 160 159 160.5 161.8 159
锂离子电池辊压工艺简介
所能 尽
可能
创造
Sherk
目录
1
辊压目的
2
辊压过程
3
辊压影响
浅析锂离子电池极片涂布工艺
浅析锂离子电池极片涂布工艺
在锂离子电池的生产制造中，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。
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。
锂电池涂布、极片烘干原理介绍
锂电池涂布、极片烘干原理介绍
锂电池是一种高效、高性能的电池，其核心部件为电池片。
为了增加电池片的电化学性能，通常会对其进行涂布处理。
涂布过程中，会使用涂布机将正负极活性材料均匀涂布在电极片上。
在涂布完成后，电极片需要进行烘干处理，以使其达到一定的干燥程度。
烘干过程中，需要使用专业的烘干设备，将电极片置于高温高湿的环境中，使其内部水分蒸发。
这样可以有效地保证电池片的质量，提高电池的使用寿命和性能。
总的来说，锂电池涂布、极片烘干是锂电池制造过程中至关重要的步骤。
只有通过精细的涂布和烘干工艺，才能制造出高性能、高品质的锂电池产品。
- 1 -。
重点讲解锂电池极片湿涂层干燥基本过程
锂电池极片湿涂层干燥基本过程锂电池电极是一种颗粒组成的涂层，电极制备过程中，均匀的湿浆料涂敷在金属集流体上，然后通过干燥去除湿涂层中的溶剂。
电极浆料往往需要加入聚合物粘结剂或者分散剂，以及炭黑等导电剂。
尽管固含量一般大于30%，但是干燥过程中，溶剂蒸发时，涂层总会经历一定的收缩，固体物质在湿涂层中彼此接近，最后形成多孔的干燥电极结构。
锂离子电池极片的干燥过程和涂布过程各自独立，又相互联系；涂层的性质，影响到干燥工艺的设计和操作；涂布速度、涂层的厚度决定干燥长度；干燥过程中涂层有流平过程，影响涂层的均匀性。
因此，涂布在设计过程中能否准确地运用最佳的涂布、干燥工艺，平衡两者的关系，最终影响到涂布的综合技术性能。
极片干燥方式（1）远红外辐射干燥。
用远红外发射元件将热能辐射到干燥物体表面，使液体蒸发汽化进行干燥。
特点：其干燥速度主要取决于辐射温度，温度高，干燥速度快。
其优点是设备比较简单，因此都在比较低挡的涂布机中应用。
其缺点是干燥效率低，干燥不均匀，容易产生干燥弊病。
（2）双面送风飘浮干燥。
漂浮干燥是在干燥箔材双面设置特殊设计的风嘴，送高速喷射的气流，在空气流动附壁效应的作用下，垂直作用到干燥箔材上，在气流的作用下，干燥片材呈漂浮状态进行干燥。
（3）常规对流热风干燥。
对流干燥是比较传统的干燥技术。
加热的干燥空气送入烘道，干燥空气中的热能通过空气的对流传导到被干燥物体，使液体蒸发汽化进行干燥。
其优点是设备简单，其缺点是干燥效率低，在现代干燥设备中逐渐被高效热风冲击干燥所取代。
（4）循环热风冲击干燥。
利用空气喷射流体力学原理发展起来的高效干燥技术。
干燥空气通过特殊设计的风嘴，以高速喷射到被干燥物体表面，在干燥物体表面阻碍干燥静止空气层在冲击作用下被破坏，从而加快了干燥过程，使干燥效率大大提高。
循环热风冲击干燥的特点是：干燥速度和温度有关，而且和干燥风量有关。
可以通过部分循环干燥空气送风加大风量提高干燥速度，大大提高干燥空气的热量的利用，因此循环热风冲击干燥具有高效节能的特点。
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一种分析锂电池极片涂布干燥过程的新方法
锂电池电极是一种颗粒组成的涂层，电极制备过程中，均匀的湿浆料涂敷在金属集流体上，然后通过干燥去除湿涂层中的溶剂。
电极浆料往往需要加入聚合物粘结剂或者分散剂，以及炭黑等导电剂。
尽管固含量一般大于30%，但是干燥过程中，溶剂蒸发时，涂层总会经历一定的收缩，固体物质在湿涂层中彼此接近，最后形成多孔的干燥电极结构。
1、前言
毛细管力作用在三相界面上，半月形液相蒸发固化，并显著影响电极微结构。
当涂层收缩完成，随着溶剂进一步蒸发，气-液界面逐步从孔隙中退出，最后形成干涂层。
在涂层收缩和溶剂蒸发过程中，添加剂容易迁移，可能在多孔电极中重新分配，比如普遍认为存在的粘结剂迁移。
当干燥速度太高时，涂层表面溶剂蒸发，可溶性的或分散性的粘结剂倾向于以高浓度存在于涂层表面。
相反，较低的干燥速度可以使粘结剂分布平衡。
粘结剂迁移是电极制造过程中不期望发生的，局部富集必然导致其他区域量减少，比如涂层和集流体界面粘结剂减少会导致涂层结合强度低。
而且粘结剂分布不均匀也会导致电池电化学性能裂化，比如内阻增加，相应倍率特性变差。
因此，干燥条件以及溶剂蒸发对电极制造过程是非常重要的。
另外，涂层干燥又是和能源消耗相关的，因此电极干燥也是决定性的成本因素。
近年来，电池工业上不断要求提高干燥速度，减少烘箱长度，从而降低能源消耗成本。
要想提高干燥速度，就需要提高温度或者加大风量，然而这又会导致电极性能的下降。
幸好，电极干燥不是一个线性过程，可以分为两个阶段，在第二阶段可以提高干燥速率。
基于此，多区域干燥模型能够显着减少所需的干燥时间。
这就需要我们深入认识电极干燥过程，不断克服目前的局限。
德国卡尔斯鲁厄理工学院薄膜技术研究所的StefanJaiser等人引入了一种实验装置，在涂层干燥溶剂蒸发过程中能够测量涂层的收缩，涂层表面液体含量，以及表面孔洞消失的过程。
在电极浆料中少量加入一种荧光增白剂，涂层中的液体在UV-A 紫外线辐照下能够发出蓝光，因而可以用相机观察到液相。
图像处理可以估算涂层表面的液体含量，跟踪电极孔隙中的液相消失过程。
同时，湿涂层的厚度采用二维激光位移传感器测量。
实验结果揭示了液相去除，电极孔隙中开始形成的时刻。
2、实验方法
2.1、材料和搅拌
(1)PVDF：NMP=5.55:94.45，先打胶
(2)石墨与炭黑干混，其中石墨分别采用两种：Graphite1(球形，d50=8.9μm)和Graphite2(多面体，d50=20.4μm)
(3)搅拌制备浆料，浆料最终固含量47.5%，石墨：炭黑：PVDF=91.7：2.8：5.5
(4)涂布之前，浆料中加入荧光增白剂DSBB重量0.1%
2.2、实验装置-涂布和干燥
湿涂层通过刮刀以6m/min的速度涂敷在10μm的铜箔上，涂层宽度60mm，最大涂层长度80cm，面密度72g/m2，干燥温度为76.5℃，NMP干燥速率为1.2g∙m-2∙s-1。
实验装置如图1所示，对流槽喷嘴干燥器位于湿涂层上方用来干燥涂层，铜箔放置在控制温度的铝板上，铝板开孔真空吸附铜箔。
UV灯发射紫外线照射在涂层上，用尼康相机照相，另外，电磁阀控制加压空气喷嘴能够喷扫涂层。
涂层移出干燥机的时间texit即电极干燥时间，电极片移出干燥机后随即连续照相3次，其中第二张照片拍照时刻打开加压空气喷嘴。
照片每个像素尺寸为8.4μmx8.4μm。
图1实验装置示意图
①-对流槽喷嘴干燥机，②-温控板，③-SLR相机，④-UV灯，⑤-加压空气喷嘴
图2为图像处理流程，每个图像都是RGB灰度值叠加照片，首先将照片分割成红(red)、绿(grenn)、蓝(blue)三原色各自的颜色通道。
本文中只分析红色通道，因为蓝色在长时间干燥后仍旧饱和状态，因而缺少最开始的信息，而绿色值强度低，接近零。
采用MATLAB对图像进行处理，读取每一个像素的灰度值并计数，再做成灰度值高斯分布图。
标准偏差σ和平均灰度值nmax作为图像处理的特征量，nmax表示涂层表面液体的含量。
此外，每次干燥连续照相三张，其中第二张照相时加压空气喷扫涂层，其他照片与第二张对比，灰度差异值定义为式(1)：
Δn12间接表示液相从孔隙中蒸发消除的能力。
图2图像处理流程示意图
原始的RGB图像分割成红(red)、绿(grenn)、蓝(blue)三原色，将图像划分
为10X10个部分，计算分析每个部分细节。
对像素点三原色分量灰度值进行计数，然后做成高斯分布图，标准偏差σ和平均灰度值nmax作为图像处理的特征量
2.3、涂层收缩与厚度测量
涂层厚度采用高精度二维激光位移传感器测量测量，干燥过程中涂层的厚度不仅仅与干燥时间有关，还与初始湿厚，即涂层面密度相关。
干燥过程中无量纲涂层湿厚θ(t)定义为式(2)：
其中，dwet(t)、ddry(t)、dwet、ddry分别表示涂层湿厚，涂层干厚，涂层初始湿厚平均值，涂层最终干厚平均值。
2.4、结合强度和孔隙率
结合强度采用90°玻璃试验机测量，孔隙率ε根据式(3)计算：
其中，Ms为干涂层面密度，ρs为涂层中固体平均密度，dfilm为涂层干厚。
3、结果与讨论
3.1、石墨涂层干燥过程的荧光发光
图3小颗粒石墨(Graphite1)不同的干燥时间之后捕捉到的RGB图像，涂层面密度为72g/m2，去除溶剂的标准干燥时间为65s。
由图可知，随着干燥时间延长，溶剂量减少，涂层荧光强度逐步降低。
干燥涂层几乎不发光(图3f)。
图3不同的干燥时间之后捕捉到的RGB图像，干燥时间从(a)11.9s到(f)68.7s
每个干燥时间都直接连续拍摄三张图像，本图展示其中的第一张。
(f)干燥时间超过除去溶剂所需的总干燥时间(t=65s)，因此代表干涂层。
标准干燥条件为(76.5℃，1.2g∙m-2∙s-1)。
所示的涂层由小石墨颗粒(Graphite1)组成。
图3所示原始图像根据2.2节所介绍的步骤进行处理，不同干燥时间下红色灰度值的高斯分布如图4所示，每条曲线对应特征量标准偏差σ和平均灰度值nmax。
较短的干燥时间时，nmax出现明显的平台，其值约为90，直到干燥时间30s，nmax值几乎保持恒定，而且分布较窄，标准偏差σ小。
干燥时间从30s到55s，随着时间增加，荧光减弱，而且分布变宽。
干燥时间达到55s后，涂层不断接近干燥状态，高斯分布再次达到稳定状态，分布较窄。
最终干燥涂层由于入射光缘故，nmax值不会完全变为零。
荧光发光与液相相关，干燥初始阶段，平均灰度值nmax没有变化，出现明显的平台。
总的标准干燥时间为65s，但是直到40s时nmax值仍旧保持在一半。
而55s。