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。

2.1.1转移式涂布技术
转移式涂布系统因其结构相对简单、成本相对较低，其机头涂布部分主要由高精度涂布辊、刮刀、背辊以及间歇涂布机构等组成，上料部分主要由储料槽和搅拌器组成。

储料槽中储存有配制好的浆料，搅拌器不停搅动，防止浆料沉淀。

基带在背辊带动下向前输送，背辊和基带在间歇涂布机构的作用下靠近涂布辊。

涂布辊将储料槽中的浆料带起来转移至基带上，刮刀根据设定的涂层厚度将涂布
辊上多余的浆料刮掉。

涂布长度达到设定值后，背辊与基带在间歇涂布机构的作用下远离涂布辊，
而基带继续向前输送，因此形成空白长度，当空白长度达到设定值后，基带和背
辊又在间歇涂布机构的作用下靠近涂布辊，由此重复，实现间歇涂布。

正反面对
齐技术通过光纤传感器检测背面涂布段长起始和终止位置来控制涂布辊与背辊的
靠近和离开时间实现正反面重叠对齐。

2.1.2挤压涂布技术
挤压式涂布系统的机头涂布部分由特别设计的挤压模头，背辊和间歇涂布机
构等组成。

其上料部分主要由搅拌罐、螺杆泵、过滤器、间歇涂布阀、脉动阻尼
器等组成。

搅拌罐不停地搅拌浆料，螺杆泵将浆料从搅拌罐吸入，经过过滤器、
间歇涂布阀、脉动阻尼器进入挤压模头，浆料经过挤压模头的匀化作用挤出涂覆
在背辊带动的基带上，进入烘箱烘干。

挤压模头在间歇涂布机构的带动下沿直线
导轨来回运动，在设定涂布长度内挤压模头按照调节好的间隙靠近背辊，在设定
空白长度内挤压模头远离背辊，如此重复动作，完成整卷的间歇涂布工作。

挤压式涂布系统与转移式涂布系统机头结构对比。

挤压式涂布的机头涂布装
置取消了涂布辊，而是采用特制型腔的挤压模头，并且挤压涂布系统的上料装置
更加复杂，需要保证浆料无脉动且恒量供给，结构组成更加复杂。

挤压式比转移
式涂布精度高、工艺适应性强，主要体现在挤压涂布系统的供料装置是全封闭式，而且搅拌罐体采用双层保温结构，浆料受环境和温度影响极小，有利于保持涂布
产品的一致性。

挤压式涂布系统若想实现斑马纹、田字格等特殊涂布要求，只需
更换相应的挤压模头垫片即可，转移式涂布很难实现上述两种涂布要求，即使采
用更换刮刀的方式实现，在精度控制方面也远远比不上挤压式涂布。

2.2快速烘干技术
在涂布过程中，烘干快慢直接决定了涂布的速度；烘干的质量直接决定了电
池的性能，所以一种高效又高质的烘干技术非常重要。

（1）悬浮式烘干技术
前面4节烘箱主传动方式，伺服电机控制，导辊呈弧形分布，总落差400mm
以上；导辊表面镀硬铬，直径ϕ60mm；后面的烘箱全部采用悬浮烘箱。

现在的其
悬浮式风嘴机构如图6所示，左边的为常用风嘴，右边为改进型风嘴设计。

正常
工作温度控制、超温监测报警保护控制，超温时将出现声光报警，并切断加热主
电源；各段完全独立控制；高温过载保护。

上、下吹风，上下风量通过阀门分别
控制，单节总风量由变频电机控制；上下风室共用加热体；上下腔体压力监测，
腔体内外压差监测。

（2）基于空气动力学的风道设计
烘箱内的温度的传导主要以空气为介质，将温度均匀地传递到烘箱内的各个
区域，为了保证极片烘干时的效果，避免外干内湿、皲裂等现象，需要保证温度
在整个烘箱内的温度分布合理。

基于空气动力学来从理论上对烘箱的设计进行指导，包括风嘴的位置、开口的大小、风速的大小等方面。

2.3实时张力控制与纠偏技术
一是放卷部分的张力和纠偏控制，采用闭环自动控制恒张力，0～15kg可调，误差≤3%；二是烘干部分出烘箱段的张力，采用闭环控制自动控制恒张力，张力0～25kg可调；三是收卷部分的张力，闭环控制，通过控制浮辊位置恒定的方式
控制张力稳定，电气比例阀给定张力，张力传感器检测张力，张力设置范围50～200N，变张力收卷，锥度系数0～50%。

最终达到保持张力稳定以使涂布均匀，同
时收卷整齐，避免起皱。

锂电池的基材非常薄，通常为30微米以内，在涂布的过程中，若不采取纠
偏处理，则容易引起基材起皱，导致涂布不均匀，收卷不整齐，更有甚者会导致
基材局部拉力过大而破坏基材。

采用自动EPC（对边纠偏）边缘检测纠偏方式来
保证基材的平行度和平整度，通过电气驱动超声波检测（可检测透明箔材），移
动范围±50mm，纠偏控制器精度＜±0.2mm，从而使涂膜边沿对齐度≤±0.5mm。

参考文献：
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