狹縫擠壓涂布技術(shù)是一種先進的預(yù)計量涂布技術(shù)，能獲得較高精度的涂層，目前，鋰離子動力電池行業(yè)已經(jīng)普遍采用狹縫擠壓式涂布技術(shù)制造電池極片。

狹縫擠壓式涂布示意圖如圖1所示，一定流量的漿料從擠壓頭上料口進入模頭內(nèi)部型腔，并形成穩(wěn)定的壓力，漿料最后在模頭狹縫出口噴出，涂覆在箔材上。 

圖1 狹縫擠壓式涂布示意圖 

擠壓模頭是鋰電池涂布的關(guān)鍵部件，直接決定涂布極片的質(zhì)量和均勻性，因此，模頭成本一般大于整個涂布機的30%。涂布模頭結(jié)構(gòu)主要包括上模、下模、墊片三部分。下膜有特殊的型腔，上模相對比較簡單，墊片位于上下模之間可根據(jù)不同的涂布形式進行選擇，如圖2所示。影響涂布厚度均勻性的因素主要有擠壓模頭型腔出口速度的均勻性、基材的平面度、漿料的均勻性以及表面張力等，其中擠壓模頭出口速度的均勻性是主要因素之一。擠壓模頭型腔的幾何結(jié)構(gòu)直接影響型腔的流場形態(tài)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)能有效提高出口速度分布的均勻性。目前，國內(nèi)也有不少公司自主研發(fā)設(shè)計涂布模頭，其設(shè)計優(yōu)化包括： 

（1）涂布模頭內(nèi)部流道設(shè)計，比如梯度式、衣架式、單腔式和雙腔式等料槽結(jié)構(gòu)。目標就是維持涂液在模具內(nèi)的流動速度，不產(chǎn)生靜止區(qū)域或沉降等問題，從而確保模頭狹縫出口速度均勻保證涂層的均勻性。（后面再撰文詳細總結(jié)） 

（2）進料位置優(yōu)化設(shè)計，比如模頭下部進料，模頭側(cè)面進料等，改變流體流動狀態(tài)確保模頭狹縫出口速度均勻。

（3）墊片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

圖2 擠壓涂布模頭

其中，涂布模頭的刃口是又是整個模頭的關(guān)鍵，如圖2所示，涂布時漿料不斷流經(jīng)刃口，從狹縫噴出，刃口的性能指標會直接影響涂布效果。根據(jù)鋰離子電池涂布的特點，擠壓模頭刃口應(yīng)該滿足以下要求： 

（1）刃口尺寸精度要求高。鋰離子電池涂布一般漿料濕厚100-300 μm，精度要求<1%，因此，對刃口的尺寸要求也很高，比如刃口要求鋒利，達到微米級精度；刃口直線度高（小于2μm/m）。 

（2）噴口面表面光潔，粗糙度?。≧z0.2μm以下）。漿料是活物質(zhì)顆粒懸浮液，流經(jīng)刃口然后從狹縫噴出，如果固體在某處停滯堆積，會造成涂布厚度不均勻，形成豎直條道等缺陷。這就要求噴口面表面光潔，粗糙度小，不造成固體顆粒堵塞。 

（3）刃口材料硬度高，耐磨損，使用壽命長。正負極漿料是由固體顆粒組成的懸浮液，在涂布過程中漿料在壓力作用下不斷從刃口狹縫噴出，固體顆粒會對刃口噴出面形成磨粒磨損，這就要求刃口材料硬度高，耐磨，能夠長期使用。 

（4）耐腐蝕。鋰離子電池漿料里面往往包含有機溶劑，聚合物粘結(jié)劑等組分，正極漿料往往還成弱堿性，因此，要求刃口耐腐蝕。 

（4）刃口鋒銳，要求具備一定韌性，不會發(fā)生斷裂，要求抗壓強度和彎曲強度高，不會發(fā)生彎曲變形。 

考慮到具體的使用環(huán)境和成本因素，我們應(yīng)該根據(jù)需要合理選擇擠壓模頭的材料，如表1所示可以考慮這些不同的材料組合方案。 

表1  擠壓模頭材料選擇方案

硬質(zhì)合金是一種主要由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成的粉末冶金產(chǎn)品。硬質(zhì)相很硬，主要是各種碳化物，其主要碳化物有：碳化鎢(WC)、碳化鈦、碳化鉭和碳化鈮，鈷作為粘結(jié)相使用。日本的TF15是一種鎢鋼硬質(zhì)合金，這種材料晶粒尺寸細小，小于1μm，兼顧了硬度及韌性，易形成鋒利刃口，刀尖強度又高，其基本性能參數(shù)見表2。圖3是超硬合金刃口與不銹鋼刃口精度對比，相應(yīng)地使用這兩種不同刃口材料的模頭進行涂布，涂布厚度均勻性也不同，如圖4所示。刃口采用耐磨損性優(yōu)異的硬質(zhì)合金，可實現(xiàn)長壽命、高品質(zhì)。   

表2  TF15材料基本性能參數(shù)

圖3 超硬合金刃口與不銹鋼刃口對比 

圖4 碳化鎢硬質(zhì)合金與不銹鋼刃口模頭涂布厚度均勻性對比 

要生產(chǎn)高質(zhì)量電池需要高精度的設(shè)備，設(shè)備開發(fā)也需要不斷精進。以上總結(jié)，錯誤之處請大家指正。 

參考資料：

1、 http://www.mmc-slotdie. com/technologies /tungsten_carbide.html

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