摘要：在锂离子电池工业加工上，模头挤压涂布由于高精度、宽涂布窗口、高可靠性等优势成为使用最广泛的涂布方式。浆料由精确的进料系统（如螺杆泵）供应，进入模头内部型腔，在涂层宽度方向平均分布，最后浆料受挤压通过模头狭缝，在移动的基材上形成涂层。由于浆料流体特性，在涂层起始点、终止点以及两侧边缘容易形成如图1中所示半月形特点。涂布工艺中，极片边缘出现的这种厚度突增的形貌被称为“厚边”现象。
·涂布原理阐述·
涂布指：将糊状聚合物、熔融态聚合物或聚合物熔液涂布于纸、布、塑料薄膜上制得复合材料（膜）的方法。
涂布机顾名思义是一种将成卷的基材如纸张、布匹、皮革、铝箔、塑料薄膜等，涂上一层特定功能的胶、涂料或油墨等，并烘干后收卷的机械设备。其存在在国家工业制造方方面面，此处特指将动力锂电池原料涂覆在电池导电基材上面的一种设备，通过此涂布方式来生产制造锂电池正负极极片。
从工艺流程来讲涂布是电芯制备过程中关键工序、从设备价值来讲也是电芯制备过程中关键工序(高端系列售价过千万)、从非线性控制角度来讲更是电芯制备过程中关键工序；涂布的均匀性、一致性、对齐性、烘烤稳定、粘结剂扩散性、面密度稳定性等都于此息息相关；涂布质量的好坏直接关系到电池质量的优劣，同时锂离子电池由于体系的特点使得其对水分十分敏感，微量的水分就有可能会对电池的电性能产生严重的影响(高镍，如811/905系列更明显)；涂布性能的高低直接关系到成本、合格率等切实指标。
一、前言
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，对后续的分切、卷绕过程中也会有很大的影响。厚边处活物质颗粒被碾碎后，在充放电过程中锂离子和电子的传输路径变远，则会导致电池内阻增大极化加深，会影响电池的使用寿命和安全。因此，深入研究“厚边”现象的成因、影响及解决方案具有重要的现实意义。
二、“厚边”现象的表现与特征
（一）涂布起始点和终止点的厚边
在涂布起始阶段，浆料尚未形成稳定的流动状态，容易在起始点堆积，导致涂层厚度突增。而在涂布终止时，浆料的供应突然停止，但其流动惯性会使得浆料在终止点继续堆积，从而形成厚边。
（二）两侧边缘的厚边
在涂布过程中，由于边缘处的浆料受到的剪切力与内部不同，容易出现流动不均匀的情况，导致涂层两侧边缘厚度增加，形成半月形特征。
这种厚边现象不仅会导致涂层厚度的不均匀性，还会影响电池的电化学性能和安全性。
三、“厚边”现象产生的原因
（一）浆料流体特性
1. 浆料的粘度和表面张力：浆料的粘度较高或表面张力较大时，其流动性变差，容易在涂布过程中形成堆积，从而导致厚边现象的产生。
2. 浆料的触变性：一些浆料具有触变性，即在剪切力作用下粘度降低，静止时粘度恢复。这种特性可能导致在涂布过程中，浆料在起始点和终止点的粘度变化，进而引起厚边。
（二）涂布工艺参数超出涂布窗口范围
1. 浆料体流量：过大的浆料体流量会使单位时间内涂布的浆料量过多，在起始点、终止点和边缘处无法及时均匀分布，导致厚边。
2. 涂布速度：涂布速度过快可能导致浆料在涂层表面来不及均匀铺展，尤其是在边缘区域，容易形成厚边。
3. 狭缝间隙：狭缝间隙设置不合理，如间隙过大或过小，都会影响浆料的流出均匀性，从而引发厚边问题。
（三）烘烤过程中的温度控制不当
1. 烘烤温度过高：过高的烘烤温度会使涂层中的粘结剂迅速挥发或迁移，导致浆料在边缘处的流动性发生变化，从而形成厚边。
2. 温度分布不均匀：烘烤过程中，如果温度分布不均匀，会导致涂层在不同区域的干燥速度不同，也可能引发厚边现象。
四、“厚边”现象对电池工艺过程和性能的影响
（一）对电池工艺过程的影响
1. 增加了后续工序的难度：不均匀的涂层厚度会使后续的辊压、分切等工序难以控制，影响生产效率和产品质量。
2. 影响电极的一致性：厚边现象会导致同一批次电极的厚度差异较大，降低了电极的一致性，从而影响电池的整体性能。
（二）对电池性能的影响
1. 对能量密度的影响：能量密度是指电池储存单位体积电能的能力，是衡量电池性能的关键参数。锂离子电池的能量密度与极片的厚度密切相关。极片的厚度越薄，则电池储存的电量越小；相反，极片越厚，电池的储存容量就越大。但是，由于电池活性物质的容积是不变的，极片厚度增加，其比表面积减小，颗粒之间的电子输运路径加大，阻力增大，从而产生反效果。因此，要在能量密度、循环寿命和安全性之间找到一个平衡点，选取适度的极片厚度。
2. 对循环寿命的影响：循环寿命是电池能够循环充放电的次数，是评价电池性能的重要指标。极片的厚度对于电池的循环寿命也具有一定的影响。在充放电过程中，锂离子将在极片表面进行嵌入和脱嵌反应。此过程中涉及到极片表面的锂离子扩散和电子传导。如果极片过厚，则锂离子传输的距离增加，扩散反应产生的应力和变形增大，容易导致极片的剥落、龟裂和损伤，从而影响循环寿命。
3. 对安全性的影响：锂离子电池的安全性，直接关系到电池在使用中是否会引起燃烧爆炸等安全事故。极片厚度的大小也对电池的安全性产生影响。一方面，极片过厚，电池内部的热量传递性差，易导致使用时局部过热；另一方面，极片过薄，容易发生内部短路，使得电池温度升高，更易引发安全事故。
五、解决“厚边”现象的方法
（一）优化涂布工艺参数
1. 精确控制浆料体流量 ：通过优化供料系统，采用高精度的计量泵和流量控制器，确保浆料体流量的稳定性和准确性，使其与涂布速度和狭缝间隙相匹配。
2. 调整涂布速度：根据浆料的特性和设备的能力，选择合适的涂布速度。一般来说，较慢的涂布速度有助于浆料的均匀铺展，但同时也要考虑生产效率的要求。
3. 优化狭缝间隙：通过实验和模拟，确定最佳的狭缝间隙，以保证浆料能够均匀地从狭缝流出，形成厚度均匀的涂层。
（二）改进浆料制备
1. 优化浆料配方：选择合适的粘结剂、导电剂和活性物质的比例，以改善浆料的流动性和稳定性。
2. 提高浆料分散均匀性：采用先进的分散设备和工艺，如高速搅拌、超声分散等，确保浆料中的颗粒均匀分散，避免团聚现象的发生。
3. 去除气泡：在浆料制备过程中，采取有效的消泡措施，如真空脱泡等，减少气泡在涂布过程中的影响。
（三）控制烘烤过程
1. 优化烘烤温度曲线：根据浆料的成分和涂层厚度，制定合理的烘烤温度曲线，避免温度过高或过低，以及温度变化过快的情况。
2. 确保温度分布均匀：改进烘烤设备的结构和加热方式，如采用热风循环或红外加热等，保证涂层在烘烤过程中温度分布的均匀性。
六、结论
锂电池负极涂布过程中的“厚边”现象是一个复杂的问题，涉及到浆料流体特性、涂布工艺参数和烘烤过程等多个方面。通过深入分析其成因和影响，并采取有效的解决方法，如优化涂布工艺参数、改进浆料制备和控制烘烤过程等，可以显著减少厚边现象的发生，提高电池的性能和一致性。
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