锂电涂布机发展：单面涂布=>双面涂布，下一代会是双面同时涂布吗？

涂布工艺是一种基于对流体物性的研究，将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材通常为柔性的薄膜或者衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。

锂离子动力电池极片涂布过程具有其自身的特点：双面单层依次涂布，市场上出现的双面涂布机大部分也是两面依次进行涂布的；浆料湿涂层较厚，一般为 100 ~ 300 μm；浆料为非牛顿型高粘度流体；相对于一般涂布产品而言，极片涂布精度要求高， 和胶片涂布精度相近；涂布基材为厚度为4~30 μm的铝箔或铜箔。目前，锂离子动力电池行业已经普遍采用狭缝挤压式涂布技术制造电池极片。挤出涂布技术能获得较高精度的涂层，同时也可以用于较高粘度流体涂布，被广泛应用于柔性电子、功能薄膜、平板显示器、微纳米制造、印刷等众多领域。实际工艺过程中，涂布液的均匀性、稳定性、边缘和表面效应受到涂布液的流变特性影响，从而直接决定涂层的质量。众多研究者采用理论分析、涂布实验技术、流体力学有限元技术等研究手段致力于涂布窗口的研究，涂布窗口就是可以进行稳定涂布，得到均匀涂层的工艺操作范围，其受到三类因素的影响：（1）流体特性，如粘度μ、表面张力σ、密度ρ；（2）挤出模头几何参数，如涂布间距H，模头狭缝尺寸w；（3）涂布工艺参数，如涂布速度v，浆料送料流量Q等。对于挤出式涂布，在固定的流量下，存在一个涂布速度上限和一个涂布速度下限，介于涂布速度上下限之间的范围即为涂布窗口。涂布窗口上限主要受到涂布液稳定性的影响，如当流量不足，或者涂布速度太快时，涂布液珠开始不稳定，容易产生空气渗入、横向波等缺陷。涂布窗口下限发生时，如流量过大或者涂布速度过慢，流体无法及时被带走，涂布液珠大量累积，容易形成水窒或者垂流。

狭缝挤出式涂布示意图如图1所示，一定流量的浆料从挤出头上料口进入模头内部型腔，并形成稳定的压力，浆料最后在模头狭缝出口喷出，涂覆在箔材上，涂敷辊转动，带着箔材一起向前运动，涂层经过烘箱进行干燥。

图1  狭缝挤出式涂布示意图    

一般，涂布机采用带有精密行星减速器的伺服电机对涂布辊直接驱动。伺服电机是把输入的信号变为转轴的角位移或角速度输出，转轴的转向与转速随信号的电压方向和大小改变（脉冲形式）。因此，伺服电机的电源波动也能够影响涂布精度，普通单相可控硅整流电源在低速涂布时有非常高的波动容量，这种波动将大幅度降低涂布质量。

同时，电池浆料供应系统也会造成涂布量不稳定，这是因为精度不高的供料阀、气动隔膜泵以及泵的气压不稳定都会造成浆料在模头进料口流量、压力不稳定而使模头狭缝出口浆料流速产生变化。

总之，涂布的主要目的就是生产均匀一致的极片涂层。均匀稳定涂布条件必须满足以下条件：

（1）浆料性质稳定，不发生沉降，粘度、固含量等不变化；

（2）浆料上料供应稳定，在模头内部或涂辊及转移辊上形成均匀稳定的流动状态；

（3）涂布工艺在涂布窗口范围内，在模头与涂辊之间形成稳定的流场；

（4）走箔稳定，不发生走带滑动，严重抖动和褶皱：张力、纠偏控制。

因此，极片浆料涂布设备也就成为锂离子电池研制和生产成功的关键设备之一。涂布机的涂布精度和浆料粘度、设备及涂布工艺有着必然的联系，涂布质量的好坏直接关系到电池质量的优劣。从工艺流程来讲涂布是电芯制备过程中关键工序、从设备价值来讲也是电芯制备过程中关键工序(高端系列售价过千万)、从非线性控制角度来讲更是电芯制备过程中关键工序；涂布的均匀性、一致性、对齐性、烘烤稳定、粘结剂扩散性、面密度稳定性等都于此息息相关；同时涂布性能的高低直接关系到成本、合格率等切实指标。

每一支乐队都有键盘手，就像每一条锂电产线都有涂布机。在锂电池制造过程中，电池容量、倍率、安全性、循环寿命等关键指标都与涂布环节密切相关。因此，作为团内的乐器担当，涂布机的烘箱如同琴键，以精确的控制造就了高质量极卷。

早期，锂离子电池涂布机一般是单面涂布，一卷极片两次操作，先A面涂布干燥后收卷，然后再进行B面涂布。后来，设备厂家开发了双面涂布机，主要是折返式加工，涂布烘箱两侧分别设置涂布模头，先在一侧涂布A面，进入烘箱干燥后，再在另一侧涂布B面，再次进入二层烘箱干燥，然后收卷，完成两面涂布加工。以三一技术装备的涂布机为例，详细介绍一下双层挤压涂布机的特点。

                 

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涂布机的功能是将搅拌完成的浆料连续、均匀地涂覆在箔材的正反两面，并烘干收集成卷。

                 

双层挤压涂布机

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三一技术装备采用双面挤出的涂布工艺，双面涂布生产效率高、占地面积小，挤出式涂布具有精度高、涂布均匀、适合宽度较大、可量产等优点，适宜广泛应用于动力电池领域。设备最大涂布宽度可达1500mm，涂布速度可控制在30-120m/min。

                 

01/

品质更优

烘箱采用极片全悬浮方式烘干极片，具有烘干效率高、不打皱的特点，单喷嘴极片风速偏差在5%以内，极片上温差±2℃。

02/

安全性好

采用耐高温防腐蚀设计，可在线监测烘箱NMP浓度，保证安全性。

03/

成本更低

与传统涂布机相比，一台机实现两台机的产能，占地小，空间利用率高，而操作人员只需一半，大幅降低人力成本。烘箱采用蒸汽换热，成本可降低50%。

04/

误差更小

在机头、机尾以及中间的烘箱段，均配备了各类监测设施。通过面密度闭环控制，实现稳定高精度涂布，双层面密度精度±1%，涂布对齐度0.5mm，涂布厚度误差控制在±3μm。

05/

效率更高

AGV全自动上下料，高速、宽幅的工作模式更高效，清洁维护更便捷。

最近几年又开发了两面同时涂布装置和技术，相较于现有的单面涂布和双面折返式的加工原理，这种涂布机可实现双面同时涂覆、烘干工序，减少以往的重复动作，进一步提高涂布效率。但是，AB两面同时涂布技术存在反面浆料涂层稳定性、无背辊稳定涂布、全漂浮走带干燥等难点，随着这些难点不断突破，不久的将来锂电厂家采用两面同时涂布机是否会成为主流呢？