锂电池涂布工艺的外观缺陷解析

一、涂层相关缺陷

涂布是锂电池制造的核心基础工艺，直接决定电极活性物质分布的均匀性和界面稳定性，从根本上影响电池的能量密度、循环寿命及安全性；同时，涂布质量缺陷（如厚度波动、异物、针孔等）会在后续工序中被逐级放大，最终导致电池失效风险激增甚至引发热失控，堪称电池性能与安全的第一道命门。

1. 漏涂/露箔（如下图）

• 描述： 基材（铜箔/铝箔）局部或条带状完全未被浆料覆盖，露出金属光泽。

• 特征： 明显可见的金属色条带或斑点，与周围涂层颜色对比强烈。

• 可能成因：

  • 浆料输送系统堵塞（喷嘴、管道）。

  • 涂布头（狭缝模头、逗号刮刀）堵塞或损伤。

  • 基材张力不均匀导致局部脱离涂布头。

  • 浆料流动性差或粘度突变。

• 影响： 严重降低电池容量，易导致内短路（正负极直接接触），安全隐患极大。

  

• 划痕/拉丝（如下图）

• 描述： 涂层表面出现细长、线状的沟槽或凸起条纹。可能深及基材（硬划痕）或仅伤及涂层表面（软划痕）。

• 特征： 沿涂布方向（MD）或横向（CD）的连续或断续线条。

• 可能成因：

  • 涂布头（刮刀、模头唇口）有损伤、毛刺或粘附硬质颗粒。

  • 导辊、背辊表面损伤或有异物。

  • 浆料中混入硬质大颗粒。

  • 收放卷张力过大或不稳，导致基材与辊面摩擦加剧。

• 影响： 破坏涂层结构，影响厚度均匀性，可能导致局部析锂、内阻增大，甚至微短路。

  

   

• 气泡/针孔（如下图）

• 描述：

  气泡： 涂层内或涂层与基材界面间包裹的气体，干燥后形成圆形或椭圆形小孔（表面可能封闭也可能破开）。

• 针孔： 贯穿涂层直达基材的微小孔洞（通常比气泡孔更小更深）。

• 特征： 涂层表面或截面可见密集或分散的小孔。气泡孔可能凸起或凹陷，针孔直接露基材。

• 可能成因：

  • 浆料脱泡不完全（搅拌、输送、静置过程引入气体）。

  • 涂布过程中卷入空气（涂布头设计不佳、基材不平整、速度过快）。

  • 基材表面润湿性差，浆料无法完全铺展覆盖。

  • 干燥过程前期溶剂挥发过快，表层结皮封住内部溶剂蒸汽形成气泡并破裂。

• 影响： 降低活性物质负载量，增加局部电流密度，易引发析锂，降低循环寿命和安全性（针孔处易短路）。

  

   

• 白斑/暗斑（如下图）

• 描述： 涂层表面出现颜色异常的区域（比正常区域更白或更暗），通常伴随物质成分或密度的局部变化。

• 特征： 不规则形状的斑点或云团状区域。

• 可能成因：

  • 浆料分散不均匀，导电剂或粘结剂团聚。

  • 干燥速率不均（热风分布不均、风速过大过小），导致溶剂迁移和成分偏析。

  • 浆料沉降，涂布前未充分搅拌。

  • 基材表面污染（油污、灰尘）。

• 影响： 影响涂层导电均匀性和粘结强度，导致局部电化学性能差异，可能增加内阻，加速衰减。

  

   

• 厚度不均（如下图）

• 描述： 涂层厚度在横向（CD）或纵向（MD）超出工艺允许的公差范围。包括整体偏厚/偏薄、边缘厚/中间薄（或相反）、周期性厚度波动（“横纹”）。

• 特征： 需通过测厚仪（β射线、X射线、激光）检测，严重时肉眼可见光泽度或颜色差异（如边缘发白）。

• 可能成因：

  • 涂布头（模头间隙、刮刀压力）设定或调节不当。

  • 浆料粘度、固含量波动。

  • 基材张力控制不稳。

  • 背辊或涂布辊的跳动、变形。

  • 供料泵流量波动。

• 影响： 直接影响电池的容量、内阻、倍率性能的一致性。过厚处易开裂，过薄处易刺穿或容量不足。

  

   

• 边缘效应/狗耳朵

• 描述： 涂布膜在宽度方向的两侧边缘，涂层厚度明显高于中间区域，形成类似“狗耳朵”的形状。

• 特征： 涂层两侧边缘增厚。

• 可能成因：

  • 浆料在模头狭缝出口处的表面张力效应（边缘处弯月面导致流量增大）。

  • 基材边缘张力与中间不一致。

• 影响： 影响后续分切和卷绕，卷绕后边缘可能堆积过厚，导致电池变形或内部压力不均。

  

   

• 异物/污染

• 描述： 涂层表面或内部嵌入不属于浆料组分的颗粒、纤维、毛发、金属屑、灰尘等。

• 特征： 形态各异的外来物质。

• 可能成因：

  • 环境洁净度不达标（空气中落尘）。

  • 人员操作带入（毛发、纤维）。

  • 设备磨损产生的金属屑。

  • 浆料制备或输送过程中混入异物。

  • 基材本身携带污染物。

• 影响： 最危险的缺陷之一，尤其是金属异物，极易导致电池内部短路，引发热失控。非金属异物也可能影响涂层均匀性和粘结性。

   

• 橘皮纹（如下图）

• 描述： 涂层表面呈现类似橘子皮的不规则凹凸波纹。

• 特征： 无特定方向的不均匀微小起伏。

• 可能成因：

  • 浆料流平性差（粘度高、触变性强）。

  • 干燥初期表层溶剂挥发过快，下层浆料流动补偿不足（表面张力驱动）。

  • 基材表面粗糙度或张力不均。

• 影响： 主要影响外观，严重时可能略微影响涂层均匀性和接触。

二、基材相关缺陷

1. 褶皱

• 描述： 基材在涂布过程中发生局部皱折、起拱。

• 特征： 明显的波浪状或条状折痕，涂层也随之变形。

• 可能成因：

  • 放卷/收卷张力控制不当（过大、过小或不稳）。

  • 导辊不平行或变形。

  • 基材本身存在应力或厚薄不均。

  • 纠偏系统故障。

• 影响： 涂层被破坏，厚度不均，无法进行后续工序，通常导致整卷报废。

   

• 撕裂/断带

• 描述： 基材在涂布过程中被拉断。

• 特征： 基材断裂。

• 可能成因：

  • 张力瞬间过大（如急停、加速过快）。

  • 基材本身存在缺陷（边缘裂口、内部损伤）。

  • 导辊卡死或转动不畅。

• 影响： 生产中断，造成浪费。

本文源自微信公众号：一起学电池

原文标题：《锂电池涂布工艺的外观缺陷解析》

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