由石墨邦主办的2024年第七届高能量密度锂离子电池硅基负极材料创新研究与发展研讨会和第二届钠离子电池及关键材料创新研究与发展研讨会将于2024年11月28日-29日在常州市召开。
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引言
嘿，各位电池制造小达人！今天咱们要来聊聊锂电池生产中的一个大难题 —— 负极涂布的 “厚边” 现象。这 “厚边” 呀，就像一个调皮捣蛋的小恶魔，老是在咱们生产锂电池的过程中捣乱，严重影响着电池的品质和生产效率呢。那到底啥是 “厚边” 呢？别急，且听我慢慢道来。
“厚边”现象的表现与特征
（一）起始与终止点的厚边大冒险
在涂布这场大冒险刚开始的时候，浆料就像个没睡醒的小懒虫，还没进入稳定的流动状态呢，结果就在起始点堆成了小山，涂层厚度一下子就变厚啦。等冒险要结束的时候呢，浆料供应突然喊停，可它还有流动惯性这个小尾巴，又在终止点堆了起来，于是厚边就这么诞生啦。
（二）两侧边缘的厚边半月秀
在涂布的奇妙旅程中，边缘处的浆料可就不那么听话了。它受到的剪切力和内部的浆料不一样，这就容易出现流动不均匀的情况，导致涂层两侧边缘变厚，就像个可爱的半月形。不过呀，这厚边可不光看着可爱，它会让涂层厚度变得不均匀，还会影响电池的电化学性能和安全性呢。
“厚边”现象产生的原因
（一）浆料流体特性 —— 小恶魔的魔法来源
1. 浆料的粘度和表面张力：要是浆料的粘度变成了大胖子，或者表面张力变成了大力士，那它的流动性就会变差，在涂布的时候就容易堆积起来，就像小恶魔施了魔法一样，厚边现象就产生啦。
2. 浆料的触变性：有些浆料可有个神奇的本领，就是在有剪切力的时候粘度会变瘦，没剪切力的时候粘度又胖回来啦。这种特性会让浆料在涂布起始点和终止点的粘度发生变化，就像小恶魔在变魔术，进而引起厚边。
（二）涂布工艺参数超出涂布窗口范围 —— 小恶魔的捣乱舞台
1. 浆料体流量：如果浆料体流量变成了大洪水，单位时间内涂布的浆料就会过多，在起始点、终止点和边缘处就没法及时均匀分布，厚边小恶魔就开心地跳出来啦。
2. 涂布速度：涂布速度要是变成了飞毛腿，浆料在涂层表面就来不及均匀铺展，尤其是边缘区域，很容易就被厚边小恶魔占领啦。
3. 狭缝间隙：狭缝间隙要是设置得不合理，要么变成大胖子，要么变成小瘦子，都会影响浆料流出的均匀性，厚边小恶魔就趁机捣乱啦。
除了浆料特性这个小恶魔的魔法来源，还有一些其他因素也会给厚边小恶魔提供捣乱的舞台哦。比如设备的精度和稳定性，如果设备变成了小迷糊，存在精度偏差或者运行不稳定，那可能导致涂布参数无法准确控制，厚边小恶魔就会趁机大闹一场。环境因素也可能变成小恶魔的帮凶呢，像温度、湿度这些小调皮鬼变化的时候，可能会影响浆料的流动性和干燥速度，从而影响涂布工艺参数，给厚边小恶魔创造机会。
（三）烘烤过程中的温度控制不当 —— 小恶魔的加热助力
1. 烘烤温度过高：温度要是变成了大火炉，涂层里的粘结剂就会迅速挥发或迁移，就像小恶魔被加热了一样，导致浆料在边缘处的流动性发生变化，形成厚边。
2. 温度分布不均匀：烘烤的时候，如果温度变成了小淘气，分布不均匀，涂层在不同区域的干燥速度就不一样，厚边小恶魔也可能趁机冒出来。
“厚边”现象对电池工艺过程和性能的影响
（一）对电池工艺过程的大破坏
1. 增加后续工序难度：不均匀的涂层厚度会让后面的辊压、分切等工序变成大难题，就像小恶魔给生产过程设置了障碍，既影响生产效率又影响产品质量。
2. 影响电极一致性：厚边现象会让同一批次电极的厚度差异变得很大，就像小恶魔把电极变得参差不齐，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. 降低电池容量：厚边区域的活性物质含量相对较高，但由于电极的不均匀性，可能导致电池内部的电流分布不均匀，从而影响电池的充放电性能，降低电池容量。
2. 影响电池循环寿命：不均匀的涂层厚度会导致电极在充放电过程中的体积变化不均匀，容易引起电极结构的破坏，从而缩短电池的循环寿命。
3. 增加安全隐患：厚边区域的热量积累可能会高于其他区域，在极端情况下可能引发热失控等安全问题。
打败 “厚边小恶魔” 的魔法秘籍
（一）优化涂布工艺参数 —— 给小恶魔套上紧箍咒
1. 精确控制浆料体流量：通过优化供料系统，请来高精度的计量泵和流量控制器这两位大神，保证浆料体流量稳定准确，和涂布速度、狭缝间隙相匹配，让小恶魔无处可逃。
2. 调整涂布速度：根据浆料的特性和设备的能力，选一个合适的涂布速度。一般来说，慢一点的涂布速度有助于浆料均匀铺展，就像给小恶魔放慢了脚步，但也得考虑生产效率哦，可不能让小恶魔太悠闲。
3. 优化狭缝间隙：通过实验和模拟，找到最佳的狭缝间隙，就像给小恶魔打造了一个合适的笼子，让浆料能均匀地从狭缝流出来，形成厚度均匀的涂层。
（二）改进浆料制备 —— 削弱小恶魔的魔法
1. 优化浆料配方：选好粘结剂、导电剂和活性物质的比例，就像给小恶魔的魔法配方做调整，改善浆料的流动性和稳定性。
2. 提高浆料分散均匀性：用先进的分散设备和工艺，像高速搅拌、超声分散这些厉害的武器，确保浆料中的颗粒均匀分散，别让小恶魔的魔法得逞，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，比如真空脱泡，就像给小恶魔的魔法泡泡扎破，减少气泡在涂布过程中的影响。
（三）控制烘烤过程 —— 给小恶魔降降温
1. 优化烘烤温度曲线：根据浆料成分和涂层厚度，制定合理的烘烤温度曲线，就像给小恶魔设定了温度规则，别让温度太高或太低，也不能变化太快。
2. 确保温度分布均匀：改进烘烤设备的结构和加热方式，比如用热风循环或红外加热，就像给小恶魔的烤箱做了升级，保证涂层在烘烤过程中温度分布的均匀性。
来源：锂电派
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