【干货】双层涂布工艺如何实现均匀稳定的涂层？

​    锂离子电池作为当前储能体系的核心组件，极片制造工艺直接影响电池的能量密度与循环寿命。

目前针对锂离子电池极片的双层涂布研究还比较少，那双层涂布工艺如何实现均匀稳定的涂层？

提高锂离子电池极片性能：

（1）通过极片层级精细设计，构造“离子和电子高速通道”，减小锂离子扩散阻力，减缓容量衰减；

（2）通过调控极片多孔结构的梯度分布，实现上层高孔隙率结构，下层高压实密度结构，完美兼顾高能量密度和超级快充双核心。

为了提高这种精细结构的生产效率，台罡科技双层涂布主要配置两种不同的浆料，通过多层涂布，提高电极的性能。

以下是一些双层结构电极具体实例：

1.粘结剂分层结构：涂布干燥时，由于毛细管力作用，粘结剂会向表面迁移，并且随着涂布提速和涂层厚度的增大，干燥过程中粘合剂迁移越发严重，将进一步减弱敷料与集流体之间的粘结力，对电池性能有着负面的影响。为解决该问题，双层结构中底层浆料可以采用高配比的SBR进行补偿。

2.导电剂分层结构：电化学性能测试结果表明在总导电剂含量5%不变的情况下，靠近集流体的下层导电剂含量高的极片性能更好。导电剂含量越多，越能够形成更多地导电通路，极片电子传输电阻低，电池倍率性能和循环稳定性提升。

3.活性颗粒种类、粒径分层：利用活性物质本身不同的特性，例如高能量密度型、高功率型，设计多层结构极片，同时实现电池高能量密度和高功率特点。而且通过采用不同的活性物质形态可以实现对结构的控制，如活性物质不同的粒径分布。

4.孔隙率分层结构：电极的特殊结构和合理的孔隙率分布有利于锂离子在厚电极内部的迁移，从而在高电流密度下具有更好的电化学性能。电化学性能测试表明，图4a电极具有更高的初始库仑效率、优越的循环性能和更好的倍率性能。

以台罡多功能涂布机为例，多层涂布主要有几种：

（1）滑动式多层涂布

滑动式多层涂布

（2）帘式多层涂布

帘式多层涂布

（3）模头挤压多层涂布

模头挤压多层涂布

锂离子电池电极一般采用第三种模头挤压多层涂布方式，均匀的涂层只能在一定的涂布工艺窗口内获得，即针对具体的浆料体系，在一定的涂膜厚度下存在最大可能涂布速度，涂布速度超出此值涂层不稳定；在一定的涂布速度下存在最小涂膜厚度，厚度再小涂层不稳定。

与单层涂布相比，双层涂布的工艺窗口范围更小，主要问题包括：

1.来自上游方向的空气卷入是涂层缺陷产生的主要原因之一；

2.上、下层浆料相互混合导致涂层不稳定。因此，双层涂布需要优化涂布工艺参数，研究两种浆料的粘度、表面张力等差异对涂层质量的影响。

模头挤压双层涂布流场示意图

目前针对锂离子电池极片的双层涂布研究还比较少，双层涂布工艺需要更好地控制浆料性质、涂布工艺范围，才能实现均匀稳定的涂层。