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如何一步步让涂布变“简单”?

发布时间:2023-08-21点击:402


近年来,随着新能源产业的快速崛起及精密电子行业的持续发展,包括锂离子电池电极、氢燃料电池电极、柔性太阳能电池、各种平面显示器的光学膜、软性印刷电路板等,都对涂布技术和涂布工艺提出了越来越高的要求,精密涂布技术应用领域不断扩大。


涂布机设备


涂布机设备的技术先进程度主要考察四个方面:涂布技术,张力技术,纠偏技术,干燥技术。涂布技术需要满足不同厚度的生产要求,现在正极锂电铝箔厚度已经薄至6-8微米,负极锂电铜箔厚度已经薄至4.5-6微米,隔膜涂布也只有几个微米,石墨烯涂布甚至更薄,不同的厚度还需要针对客户开发不同的涂布方法,保证对浆料的涂布厚度精度控制在2微米以下。张力技术,由于幅材沿着涂布方向运动不可避免地出现张力不均匀状态,导致涂布质量缺乏一致性,因此需要确保片路运行过程中各段均有良好的张力控制。纠偏技术,由于涂布设备长度多在数十米,片路运行过程中会出现位置偏差,为了保证无论是铜膜铝膜还是很薄的隔膜都能在片路上平稳有效地运行,并实现精密涂布,需要选用不同的驱动形式配合响应的控制系统来纠偏。干燥技术,涂布生产的速度瓶颈在于烘干干燥,最直接的手段是加长风箱,但会带来成本和占地增加,加强之后还需要增强纠偏和张力控制,要想进一步改善干燥效率就需要改进风场的控制,温度场的控制,布局形式,尽量在保证涂布速度的情况下减小风箱长度。


影响涂布质量因素


影响涂布质量的因素较多,人、机、料、法、环各方面都存在,但基本因素是与涂布过程直接相关的几个条件:涂布基材、胶黏剂、涂布钢辊/胶辊和复合机等。


1)涂布基材:主要是材质、表面特性、厚度及其均匀性等。


2)胶黏剂:主要是其工作粘度、对基材表面的亲和力和附着力等。


3)涂布钢辊:它既是胶黏剂的直接载体,又是涂布基材和胶辊的支撑基准,因此它是整个涂布机构的核心。其形位公差、刚性、动静平衡质量、表面质量、温度均匀性和受热变形状况等都影响到涂布的均匀性。


4)涂布胶辊:胶辊是指涂布质量的一个重要变量,其材质(如胶层寿命)、硬度、形位公差、刚性、动静平衡质量、表面质量、受热变形状况等也都影响到涂布的均匀性。


5)复合机:是涂布的基础平台,除了涂布钢辊和胶辊合压机构的精度和灵敏度外,还包括设计运行更高 速度、机器的整体稳定性等。


涂布均匀性在横向和纵向上的影响因素是不同的,因此其控制措施也相应地有所不同。而在具体实施时,既与机器的设计制造有关,也与操作和工艺控制有关。


涂布工艺选择


①逗号刮刀涂布工艺:适用于高粘度胶液,较厚的涂层涂布、涂布表面平整,涂布厚度(湿胶)20~450μm,胶液粘度为1000~50000cps。多在保护膜、功能胶带、多功能涂布等方面使用。



图为:逗号刮刀涂布操作原理



②凹版涂布工艺:凹版涂布,计量 、操作简单,涂布表面平整,涂布速度快,涂布厚度(湿胶)10~25μm,胶液粘度为10~2000cps。


图为:逗号刮刀涂布操作原理


③狭缝涂布工艺:其工作原理为涂布液在一定压力一定流量下沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上。相比其他涂布方式,具有涂布速度快、精度高、湿厚均匀;涂布系统封闭,在涂布过程中能防止污染物进入,浆料利用率高,能够保持浆料性质稳定,可同时进行多层涂布等特点。



④挤压式涂布工艺:挤压涂布为流体通过挤压经过有特殊流道的涂布头涂覆在运动的基材上。根据涂布头与基材距离及形成的涂布头与基材之间的流体形态分为狭缝式挤压涂布(Slot Coating)和挤压式涂布(Extrusion Coating),如下图所示。



两者的区别主要在于流体有无润湿唇口,前者润湿唇口,后者没有。锂离子动力电池的涂布工艺采用的是狭缝式挤压涂布(Solt Coating)。

      狭缝式挤压涂布原理介绍:狭缝式挤压涂布的流动分布二维示意图如下:




决定涂布质量的因素主要包括:涂布头与基带的间隙、流量、基材速度、涂布头结构、流体特性等。


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涂布方式:逗号刮刀涂布/微凹涂布/狭缝涂布/双辊涂师等多种涂布方式。


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