涂布工藝是一種基于對流體物性的研究，將一層或者多層液體涂覆在一種基材上的工藝，基材通常為柔性的薄膜或者襯紙，然后涂覆的液體涂層經(jīng)過烘箱干燥或者固化方式使之形成一層具有特殊功能的膜層。鋰離子電池極片涂布的方式目前主要有逗號輥轉(zhuǎn)移涂布、狹縫擠壓涂布。

• 漿料性質(zhì)對涂布的影響

涂布溶液的粘彈性對涂布結(jié)果的影響

涂布溶液本身的性質(zhì)對涂布結(jié)果的影響很大。在你在進(jìn)行涂布前，涂布溶液的剪切率 – 粘度數(shù)據(jù)是一個(gè)非常重要的考量因子。當(dāng)涂布的溶液具有非常強(qiáng)的粘彈性，通常來講對于涂布工藝，會(huì)帶來更大的難度。

粘彈性是流體變形后粘度和彈性的反應(yīng)表現(xiàn)，有些流體在剪切力下只有粘度的變化，而更多復(fù)雜的流體在剪切變形后有很強(qiáng)的回彈性能。如何去判斷一個(gè)流體的粘彈性能呢？可以通過剪切力與粘度的曲線來判斷，如下圖。當(dāng)受到剪切力時(shí)，粘度有滯后現(xiàn)象，為粘彈體。

在壓力釋放后，流體的這種變化會(huì)很大程度上影響到涂布的效果。

那到底有怎樣的影響呢？

在狹縫式涂布時(shí)，如果溶液以較大的剪切力從涂布頭唇口擠出，或者以較快的速度涂覆，因?yàn)槿芤涸谕扛餐瓿珊?，在壓力釋放的情況下，會(huì)有回縮，最后導(dǎo)致類似豎條紋的形成。甚至嚴(yán)重的情況下，溶液的回縮會(huì)造成膜的皺褶，卷曲。

那如何來避免這些缺陷呢?

在狹縫涂布過程中，我們需要非常小心地控制流體在涂布頭內(nèi)部的流動(dòng)，讓溶液非常均勻地從唇口流出，并且對于溶液的剪切力盡量地控制到最小。

通常來講一般的涂布溶液都有自流平的能力，而粘彈體不容易流動(dòng)，所以成膜的平整性也會(huì)更低一點(diǎn)。

當(dāng)你想涂布一種粘彈體時(shí)，必須首先充分了解這個(gè)具有更高分子量的聚合物在受力的情況下它的反應(yīng)，已便更好地在涂布的過程中通過工藝的控制來抵消因此造成的缺陷。

總體來講，使該類流體在較低的剪切力下涂布是減少缺陷概率的王道！

• 涂布工藝基本問題

Slot Die涂布工藝中流體會(huì)涉及到壓力，粘彈力，慣性力，表面張力等，在各種力的作用下，整個(gè)流體系統(tǒng)達(dá)到一平衡，形成穩(wěn)定的涂布過程。

在分析流體在模頭狹縫及間隙中的受力及流量時(shí)，我們會(huì)基于潤滑理論近似模型：

在穩(wěn)定的涂布過程中，模頭下唇口的流量應(yīng)當(dāng)為0，只有在為0時(shí)下唇口的液滴位置才是穩(wěn)定的。

基于以上的推導(dǎo)，可以計(jì)算出PU小于PE。

然后再來看模頭上唇口的流量，相對而言，會(huì)更復(fù)雜很多。

結(jié)論就是Po 小于大氣壓。如何做到小于大氣壓，那就是增加真空盒。換句話講，你要得到比較薄的涂布厚度，真空盒的使用是非常必要的。以上就是整個(gè)模頭涂布中真空盒使用的必要性的理論基礎(chǔ)。

含顆粒溶液的模頭涂布問題

一般簡單的研究方法是首先把溶液視作為牛頓流體，分析平均顆粒濃度與粘度之間的關(guān)系。然而，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，含顆粒物的溶液在用模頭（slot die）涂布時(shí)它的實(shí)際情況比想象的要復(fù)雜很多。在1987時(shí)， Leighton 和 Acrivos在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液受到一定的剪切力時(shí)，溶液中的顆粒分布會(huì)發(fā)生不均勻的情況。對很多功能涂層來講，涂層的微結(jié)構(gòu)對涂層的功能表現(xiàn)非常重要。

因此，在涂布工藝中對于涂層顆粒的分布情況的理解和預(yù)測就顯非常重要。

以上公式假定：

– 顆粒為堅(jiān)硬球體，不可壓縮

– 忽略布朗擴(kuò)散，顆粒直徑小于0.5微米

根據(jù)以上公式及假設(shè)得出如下結(jié)論

（1）含顆粒溶液在涂布狹縫中的情況

靠近狹縫壁附近因?yàn)槭艿礁呒羟辛Γw粒的濃度比較低

狹縫中間位置的顆粒濃度最高，有可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象

3、多層共涂技術(shù)

在一個(gè)基材上同時(shí)涂上多層,這多層還不混起來，還能烘干，這工藝很牛。本文講講用狹縫涂步(Slot Die)同時(shí)涂2-3層需要注意的一些東西。如果要一次非得涂個(gè)3 層以上不可，那只能上斜坡涂布 (Slide Die)了，如封面圖，多層共涂之前主要用在感光膠卷膜的生產(chǎn)中,所以相關(guān)的很多專利也是當(dāng)時(shí)柯達(dá)的。

因?yàn)樵诙鄬庸餐康墓に囍?，需要同時(shí)涂多層溶液，所以需要每一層要涂的溶液有一套獨(dú)立的泵送系統(tǒng)，并且每套泵送系統(tǒng)同時(shí)又是計(jì)量系統(tǒng)，當(dāng)然泵的類型和尺寸需要根據(jù)每個(gè)溶液的特性選擇。

多層共涂的關(guān)鍵在于溶液在從涂布頭出來涂到基材上不能相混。如何做到呢?

表面能……

上層溶液的表面能必須低于下層溶液的表面能，可以通過表面活性劑調(diào)整來達(dá)到這個(gè)目的。每一層溶液間必須有足夠的表面能差，才能做到溶液之間發(fā)生層化(Stratification)。

σtop?< σbottom

多層共涂的挑戰(zhàn)主要有以下幾點(diǎn):

（1）涂層間的接觸界面 如何避免涂層在涂布間隙中產(chǎn)生混流

（3）粘度的差異會(huì)影響層與層之間是否會(huì)交叉混合，在涂布和固化的過程中需要考慮溶液應(yīng)力的釋放，從而造成層混。

（4）表面能的差異，除了以上提到的這些，最后需要考慮的溶液在不同層之間的潤濕及溶液與基材之間的潤濕。

另外還有非常的關(guān)鍵的因素需要考慮，那就是當(dāng)涂布厚度小于涂布間隙的1/3時(shí)，涂層的相混會(huì)很容易發(fā)生.

現(xiàn)在，多層共涂我們考慮更多的是溶液本身的特性，而對工藝的細(xì)節(jié)討論比較少。隨著技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來，多層共涂將會(huì)成為節(jié)約成本的不二選擇。

• 涂布缺陷分析

1、”凝膠“ 缺陷的形成及解決方法

“凝膠”缺陷常見于涂布工藝中。缺陷外觀為圓形或橢圓形的小圓點(diǎn)，通?？梢杂萌庋?，或者在顯微鏡下看到缺陷的圓點(diǎn)中心位置有一個(gè)膠狀的顆粒。

最好的解決凝膠的方法當(dāng)然是盡可能的在制備膠水階段讓聚合物完全溶解在溶劑中。聚合物的充分溶解通常需要特殊的處理方式。如有些情況下需要對溶劑與聚合物預(yù)混，雙組分溶劑有時(shí)候?qū)酆衔锏娜芙庖灿袔椭硗獗仨殗?yán)格遵守在制備膠水階段各成分的添加順序，優(yōu)化反應(yīng)的溫度曲線也是控制凝膠的關(guān)鍵。最后在涂布的過程中，泵膠系統(tǒng)盡量保持較低的壓力，可以讓過濾器有效地過濾掉盡可能多的凝膠。

2、表面張力方面的缺陷

涂布過程的主要問題，歸根結(jié)底基本上就是研究固體基材和涂布液體之間的各種表/界面的性質(zhì)。今天就簡要介紹一些與表面張力相關(guān)的一些涂布缺陷或者說現(xiàn)象：

（1）橘皮現(xiàn)象

在涂布過程中由于涂布溶液中的溶劑揮發(fā)，不同的區(qū)域產(chǎn)生了溫度差，同時(shí)溶液的表面和底層的溶劑因?yàn)閾]發(fā)速度的不同，溶劑含量也發(fā)生了濃度差，造成了表面張力的梯度及自然對流的現(xiàn)象，涂布溶液由低表面張力的地方流向高表面張力的地方，最終造成了涂布表面的不平整或者說橘皮現(xiàn)象。如果烘箱的干燥速率過快，或者說烘箱的熱風(fēng)風(fēng)速過快，，都會(huì)造成溶液在流平前就提早固化，形成這種缺陷。

真的橘皮和涂布膜面橘皮

減少該類缺陷的方法：

降低干燥速率，讓溶液可以有足夠的時(shí)候可以流平

換個(gè)溶劑試試

在溶液里加一些低揮發(fā)的溶劑

加表面活性劑

（2）厚邊

在涂布后，由于涂布溶液的邊緣的地方溶劑揮發(fā)的速率也相比內(nèi)部的區(qū)域更快，因此造成低表面張力區(qū)的涂布溶液流向邊緣而堆積，使得邊緣的地方過厚的現(xiàn)象。

（3）針孔及火山口

由于在涂布過程中涂布基材由于受到較低表面張力的物體的污染， 如油滴，灰塵等，而使污染物周圍的涂布溶液流向較高表面張力的方向，形成了像火山口一樣的缺陷。如果污染物是在涂布之前就已經(jīng)存在在基材上了，則會(huì)形成類似于針孔一樣的缺陷。

英國海默生XL系列在線粘度計(jì)技術(shù)參數(shù)