漿料的流變特性與涂布效果

漿料的流變特性與涂布效果第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日逗號輥涂布機(jī)的普遍問題間歇涂布開始“鼓包”問題這個問題主要是設(shè)備的調(diào)整問題（B輥動作與C輥配合，等等），本文不涉及。間歇涂布結(jié)束時(shí)的“拖尾”問題漿料的流動性漿料表面張力漿料的粘度調(diào)整“越涂越薄”的問題漿料的流動性漿料的表面張力逗號輥的材質(zhì)第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日涂層表面不光滑問題“樹皮”條紋厚薄不均“火山口”凹陷小坑涂層兩側(cè)不整齊和“鼓包”問題漿料流動性不好擋板設(shè)置不好涂層兩側(cè)卷邊問題干燥箱內(nèi)的托輥安裝不良（本文不涉及）第一溫區(qū)的溫度設(shè)置和風(fēng)量配置極片粹裂問題涂布速度太快各溫區(qū)溫度設(shè)置不合理第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日間歇涂布結(jié)束時(shí)的“拖尾問題”主要原因是漿料的流動性不良?；旌狭己玫臐{料是流動性極好的流體，而流動性好的流體具有流體最普通的特性－－－液體的表面張力。張力使得液體邊緣向其內(nèi)部集聚：流動性不好的流體表面張力弱，容易產(chǎn)生“拖尾”現(xiàn)象液體張力使鋸齒狀的界面向內(nèi)集聚液體的表面張力可以修復(fù)液體界面凹凸的形狀，好的流體具有這樣的特性液體在沒有浸潤的平面上隆起第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日涂布起始端隆起還會破壞圓柱電池極組的圓度（除了影響電池性能外）１）極片厚薄不勻（這個現(xiàn)象少見，屬于特例）２）間歇涂布的起始部分隆起（極片厚）３）極耳未壓成圓弧形隆起部分平直極耳整形極耳卷針第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日漿料的良好流動性使其成為具有張力特性的流體流體的表面張力使拖尾的鋸齒界面向流體內(nèi)側(cè)收攏聚集，減小了鋸齒的幅度。良好的流動性使?jié){料內(nèi)部的應(yīng)力均勻，當(dāng)B輥離開C輥時(shí)，漿料的表面被均勻地拉斷，斷裂處的界面平整。由于流動性好，被拉斷的部分厚度均勻，而流動性差的漿料在尾部的厚度比較薄。第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日粘度的意義粘度，顧名思義是液體的粘稠程度，而不是它的粘結(jié)強(qiáng)度，甚至與粘結(jié)力毫無關(guān)系，就像煉乳和蜂蜜一樣，是體現(xiàn)液體稀和稠的程度。Binder的粘度意義對于binder來說，既有又具粘度還具粘結(jié)力的“一液型”binder,比如LA132；還有只具備粘度而不具備粘結(jié)力的增稠劑，比如CMC，它必須與僅具有粘結(jié)力的SBR組成“二液型”binder才能使用。溶液粘度與溶液濃度不是線性關(guān)系，即：增加用量會使粘度成指數(shù)規(guī)律升高。第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日本章節(jié)主要關(guān)注binder的粘稠特性，因?yàn)閷τ谙嗤芙鉂舛鹊耐环Nbinder來說，粘度大的binder，其分子量就高，使用效率也會高一些，即：用量會較少一些。粘度相對高的液體，它的懸浮力也比較大，也就是它對于溶液中的固體（包括粉體）有更大的托舉力。這種特性不但阻礙固體的沉降，還能起到分散溶液中粉體的作用，即：在高速攪拌中使液體里的每個粉體顆粒保持均勻的距離，這就是我們謀求的均勻分散效果，這樣的效果不但可以提高過篩的能力，還能提高涂工的平整程度。第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日漿料的粘度意義粘度高的漿料當(dāng)然也不容易沉淀，它的分散勻度也會好一些。但是當(dāng)其粘度下降后，懸浮在其中的固體（包括粉體）就會開始分層，重量較大者在下層，而重量較輕者會浮在上層，比如漿料中的炭黑導(dǎo)電劑就會浮在表層。粘度越低，沉降越明顯。好的漿料需要性能優(yōu)越的增稠劑，還希望懸浮的顆粒表面積大（顆粒越小其表面積越大）。另外，優(yōu)良的制漿設(shè)備和工藝可以減少以上的沉降和分層現(xiàn)象。但是過高粘度的漿料不利于流平效果，也就是涂工不平整，所以適當(dāng)降低粘度有利于涂布。第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日然而過低粘度的漿料雖然流動性較好，但干燥困難，降低了涂布機(jī)的工作效率，還容易發(fā)生涂層龜裂、卷邊的問題。過低粘度(比如1500cps）的水性漿料在涂布后還會發(fā)生因?yàn)楦鞣垠w的表面張力不同而導(dǎo)致溶液脫離疏水粉體的表面（比如石墨），處于較低張力位置的液體會積聚到張力較高的位置，這樣就會形成涂層表面的凹陷（凹坑、俗稱“火山坑”）。過低粘度的漿料還會使顆粒重新團(tuán)聚，特別是超細(xì)顆粒容易團(tuán)聚，破壞涂層“面密度”的均勻性。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日漿料的粘度調(diào)整粘度太稠會破壞漿料的流動性，尤其是水性漿料粘度太稀容易使?jié){料的固液分層，因?yàn)橐后w的流動性比固體好，當(dāng)固體停止流動時(shí)而液體部分或者是固含量低的部分流體還會“向外”流動，加重了拖尾現(xiàn)象。由于太稀的漿料容易產(chǎn)生固液分層，較輕質(zhì)的部分懸浮在流體的上層，當(dāng)B輥離開C輥時(shí)，拉斷部分的漿料由于輕質(zhì)的上層更具有流動性，更容易被“拉長”，結(jié)果造成了拖尾部分的固液嚴(yán)重分離，表現(xiàn)為涂層尾部出現(xiàn)透明“水印”的現(xiàn)象。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日逗號輥“越涂越薄”的問題流動性差的漿料會附著在逗號輥的刀口上，使得涂布間隙隨時(shí)間的增加而變小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在涂布超過150“片”后，涂布厚度又會突然增大，可能是附著在刀口上的漿料增多后被流體的壓力沖掉使得間隙恢復(fù)到初始狀態(tài)。質(zhì)地均勻的漿料具有顯著的表面張力，使得漿料界面向其內(nèi)部集聚，減小了對刀口的附著力。逗號輥的材質(zhì)不同，其表面的摩擦力也不同。鍍鉻的逗號輥具有最小的摩擦力，而不銹鋼的逗號輥容易使?jié){料附著。磷酸鐵鋰比其它材料更容易出現(xiàn)越涂越薄的現(xiàn)象。（表面積大，附著力強(qiáng)的原因）第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

上料桶太大的原因（尤其是粘度較低的負(fù)極）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度有些公司吊裝的料桶很大，一桶漿料可以涂布0.5～1h。這種簡單的料桶沒有攪動裝置，隨著涂布時(shí)間的增加，漿料漸漸沉降，料桶上層的漿料固含量越來越低，也會造成越涂越薄的現(xiàn)象。第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日逗號輥越涂越厚的問題

這個現(xiàn)象應(yīng)該是漿料沉淀（分層）造成的。具體成因大致如下：在漿料斗內(nèi)的漿料慢慢沉降，而開始涂布用去的漿料是上層較輕質(zhì)的部分。隨著不斷地補(bǔ)充新的漿料，上層的輕質(zhì)部分不斷用去，料斗內(nèi)漿料的固含量逐漸增加，涂布的極片也逐漸變厚，但最后能夠穩(wěn)定在一個最高值。這是分層漿料涂的正極，導(dǎo)電劑上浮而色深正常的正極顏色第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日

沒有攪動的料桶也會產(chǎn)生越涂越厚的現(xiàn)象“往上爬”的液面“優(yōu)先”用掉料斗上層的輕質(zhì)部分（粘度低的漿料容易產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，所以設(shè)備的結(jié)構(gòu)和上料系統(tǒng)都要充分考慮才行）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度往上爬的液面料桶第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日非牛頓流體在流動中的分子取向性這是摘自網(wǎng)上文獻(xiàn)的資料第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日從前面的粘度測試現(xiàn)象可以看到流動性好的漿料在流動的時(shí)候會形成分子的“各方同向”性，適用到涂布機(jī)上，無論是在逗號輥的刀口還是噴涂Die的唇板處，良好的流體呈現(xiàn)出較小的摩擦力，涂布質(zhì)量得以提高。舉例說明：高分子流體的“孔壓誤差”現(xiàn)象，此處壓力較?。◤埩ο騼?nèi)集聚）管內(nèi)流體消防車的水里如果添加了高分子的分散劑（PEO），管線內(nèi)就會呈現(xiàn)“喘流減阻”現(xiàn)象，使流體的摩擦力減小，水流就噴射得更遠(yuǎn)。

第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日流變曲線的形成原理這是摘自網(wǎng)上的文獻(xiàn)資料第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日牛頓流體的區(qū)域這是摘自網(wǎng)上文獻(xiàn)的資料第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日涂層表面不光滑的問題“樹皮”條紋除了B輥和C輥的速比和接觸壓力的調(diào)整外，還有漿料的流動性問題，具體的表現(xiàn)是：漿料的粘度過高；固含量過高，這些也會導(dǎo)致流動性變壞。水性負(fù)極漿料尤其明顯。薄厚不均原因同上，也是漿料的流動性不好所致。“火山口”凹陷小坑這是漿料中某些顆粒沒有完全潤濕所致，表現(xiàn)為四周隆起而中心凹陷的小坑，這與氣泡破碎的孔洞（針孔）不同。應(yīng)該是攪拌時(shí)的高速分散不良造成的，此現(xiàn)象容易出現(xiàn)在水性負(fù)極漿料中（CMC溶液與活性物質(zhì)的潤濕不良）。第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日“火山口”之凹陷縮孔電極極片特別是負(fù)極極片表面出現(xiàn)的圓形或近乎于圓形凹陷，稱之為縮孔。以上圖片摘自成都茵地樂電源科技有限公司第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日縮孔的成因（本章節(jié)部分引用了成都茵地樂電源科技有限公司的文獻(xiàn)）材料之間表面張力不匹配，是產(chǎn)生縮孔的主要誘因，但涂料的粘度、液膜的流動性以及干燥成膜的風(fēng)速和烘箱溫度、熱處理階段條件和設(shè)備狀況等等都可能改變表面張力及其作用過程，從而誘發(fā)縮孔的產(chǎn)生。固化前可流動膜面中存在低表面張力的微粒（如粉體，油滴等“污染物”），造成其中央表面張力較低，流體以“污染物”為中心向四周遷移，最終形成邊緣高于中心的圓形下陷——縮孔。也就是說，縮孔中心存在低表面張力的物質(zhì)，它與周圍的涂料存在表面張力差，這個差值是縮孔形成的動力，促使周圍的液體沿360度方向背離污染物遷移。

第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日漿料的分散狀況將直接影響涂布的均勻性

當(dāng)液體的表面張力低于固體的臨界表面張力時(shí)，則液體能夠在該固體表面隨意鋪展和潤濕；反之，液體由于不能在固體表面形成連續(xù)的液滴，而無法鋪展和潤濕固體，涂布時(shí)可能導(dǎo)致縮孔出現(xiàn)。石墨（人工石墨和天然石墨）本身都無法直接使用，必須通過抱覆、氧化等方法對石墨進(jìn)行化學(xué)改性和表面改性?？s孔的防治：1)對石墨材料表面進(jìn)一步的改性，提高其親水性；2)調(diào)整粘合劑，提高表面張力，提高其對石墨材料的潤濕程度。3)提高漿料粘度4)適當(dāng)提高攪拌速度和延長攪拌時(shí)間5)適當(dāng)縮短干燥時(shí)間

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第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日漿料斗內(nèi)的液面高度淹沒逗號輥和C輥的結(jié)合面的液面高度是合理的高度（舉抹墻、逗號輥、攪拌槳的五菱形的例子）。較高的液面壓力維持穩(wěn)定的漿料流動性（減少漿料的溫度、粘度、固含量、雜質(zhì)等因素的影響），提高涂布精度。B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度正確的液面高度第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日沒有淹沒逗號輥和C輥的結(jié)合面的液面高度是不合理的高度（“往上爬”的液面會受漿料的溫度、粘度、固含量、流動性、雜質(zhì)等因素的影響）。沒有壓力就沒有好的流動性，流動差的液面不易控制，涂布精度難控制，表面不光亮平整。不正確的液面高度（液面太低）B輥C輥逗號輥料斗斜板液面高度往上爬的液面第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日極片的顏色烘干以后的極片顏色是深色的好還是淺色的好？為什么？是什么原因造成的？良好的制漿（不沉淀、不分層）良好的干燥（合理的涂布速度和溫度及風(fēng)量的設(shè)置）用觀察極片的顏色（色度差）變化來判斷制漿和涂布的好壞。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日通過極片色差判斷漿料是否分層鈷酸鋰干法制漿的涂布片，色淺。觸摸表面光滑細(xì)膩鈷酸鋰濕法制漿的涂布極片顏色很深。而過高的干燥溫度會產(chǎn)生膠液和導(dǎo)電劑上浮，也會產(chǎn)生“色深”的結(jié)果。觸摸表面粗糙。第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日涂層兩側(cè)不整齊和“鼓包”問題涂層兩側(cè)的“鼓包”問題是漿料的流動性不好所致。涂層兩側(cè)不整齊是擋板設(shè)置不好所致，巧妙地設(shè)置擋板即可以使涂層兩側(cè)的邊緣整齊，還可以消除“鼓包”的現(xiàn)象。日本平野公司的涂布機(jī)料斗和擋板，泡棉夾在兩PVC擋板中間，牢固耐用，密封性好第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日正確的海綿發(fā)泡板形狀，被夾在2片PVC塑料板中間，具有密封強(qiáng)度錯誤的海綿發(fā)泡板的形狀，被套在塑料擋板的溝槽中，密封不嚴(yán)應(yīng)該用獨(dú)立發(fā)泡的海綿，它具有橡膠的密封特性，又兼有海綿的彈性。如果不是獨(dú)立發(fā)泡的海綿，漿料就會滲透到里面，干了之后會變得堅(jiān)硬，不但失去了密封所需的彈性，還會損壞輥?zhàn)?，所以不適合做涂布機(jī)的擋板。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日修剪海綿擋板的尖端形狀，可以改變涂層兩側(cè)的邊緣厚度，直到“鼓包”被消除。第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日涂層兩側(cè)卷邊的問題干燥箱內(nèi)的托輥安裝不良，沒有形成拱橋狀，本文不涉及。第一溫區(qū)的溫度設(shè)置和風(fēng)量設(shè)置不良?，F(xiàn)在很多企業(yè)為了追求產(chǎn)量，不顧極片干燥所需要的基本條件，盲目第提高車速，增加溫度和風(fēng)量，使極片粹裂并且兩側(cè)彎曲上翹。正確的方法如下：第32頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日按照韓國公司的形象解釋，第一溫區(qū)應(yīng)該像“鐵板燒烤”那樣從底部加熱，讓漿料從里向外干燥，這樣才不會卷邊和龜裂第33頁，共34頁，2023年，2月20日，星期日舉例說明：

在某公司試驗(yàn)水性正極ｂｉｎｄｅｒ的時(shí)候，正極活性物質(zhì)是三元材料，涂布機(jī)是逗號輥式（轉(zhuǎn)移涂布）的中試設(shè)備，只有三個干