リチウムイオン電池のコーティングの欠陥は、コーティング スラリー、コーティング ウィンドウ、コーティングの乾燥プロセスという 3 つの主要な部分から発生します。
スラリー調製プロセスでは、分散が不完全なため粒子の凝集が生じます。鉄除去濾過が不十分な場合、金属破片が混入します。真空脱気が不完全な場合、多数の泡が残ります。対応するコーティング欠陥には、凝集物、金属粒子の汚染、ピンホール、オレンジの皮などが含まれます。
コーティングプロセスパラメータ（スラリー体積流量、コーティング速度、スロットギャップなど）がコーティングウィンドウを超えると、空気の巻き込み、たるみ、周期的な横縞、縦縞が発生する可能性があります。さらに、フィードポンプやコーティングロールなどからの周期的な振動によっても、周期的な横縞が発生する可能性があります。
コーティングの乾燥プロセス中、乾燥温度が高すぎると、バインダーの移行、厚いエッジ、亀裂などの欠陥が発生する可能性があります。
安定した均一なコーティングを形成するには、コーティングプロセス中に次の条件を同時に満たす必要があります。
① スラリー性状が安定しており、沈降、粘度、固形分等の変化がありません。
② スラリーを安定供給し、ダイス内に均一で安定した流動状態を形成します。
③ コーティングプロセスはコーティングウィンドウ内で行われ、ダイとコーティングロールの間に安定した流れ場を形成します。
④ ホイルの動きが安定しており、ウェブの滑りや激しい振動、シワがありません。
塗膜欠陥にはさまざまな種類があり、その原因も異なります。この記事では、リチウムイオン電池のスロット ダイ コーティングに焦点を当て、いくつかの一般的な欠陥を分析し、対応する解決策を提供します。{{1}一般的な欠陥には、点欠陥、エッジ効果、ギザギザ欠陥などがあります。
I. 点欠陥
1. ピンホール
意味：コーティングの乾燥プロセス中に、材料の細孔内から空気が漏れて穴が形成される欠陥。湿潤フィルム中の気泡は内層からフィルム表面に移動して破裂し、ピンホール欠陥を形成します。気泡は主に撹拌、塗布液の輸送、塗布工程などで発生します。
改善策：真空を適用し、分散性が良く安定した性能を有するCMCを選択し、固形分含有量、CMCとSBR比などを調整し、撹拌速度と時間を調整します。
2. クレーター（収縮穴）
意味：基板表面の表面張力の低いスポットによって引き起こされる欠陥。
さまざまな粒子（ほこり、油汚れ、金属粒子など）が原因で発生します。異物が存在すると、湿ったフィルムの粒子表面に表面張力の低い領域が生じます。液膜は粒子の周りを放射状に移動し、以下に示すようにクレーターのような点欠陥を形成します。{3}}
改善策：コーティング液を濾過して鉄を除去し、環境ダストを制御し、基材表面を清浄化します。
3. アノードコーティングバブル
凝集粒子の突出:スラリーが均一に撹拌されず、導電剤が分散せずに凝集物が発生すると、このような欠陥が発生します。以下に示すように、電極表面に広い範囲の突起が現れます。この部分を拡大して観察すると、導電剤の凝集体であることがわかる。
改善策：スラリーの撹拌工程を改善してこれらを解消します。
4. オレンジピール
意味：コーティングがオレンジの皮の質感に似ている表面の外観欠陥。
原因:塗布中、溶剤の蒸発により部分的に温度差が生じ、スラリーの上層と下層に濃度差が生じます。これにより、表面張力勾配と自然対流現象が形成され、コーティング液が移動し、最終的にコーティング表面の凹凸やオレンジピール欠陥が発生します。オーブンでの乾燥速度が速すぎたり、熱風の速度が速すぎると、溶液が平らになる前に早く固化し、オレンジの皮の欠陥が生じる可能性があります。
改善策：
乾燥速度を下げて、溶液が平らになるまで十分な時間を与えます。
温度と濃度の差を減らすために、低揮発性溶媒、界面活性剤などを溶液に加えます。-
II.線欠陥
1. 傷
意味：以下に示すように、鋭利な物体との接触により、コーティング表面にさまざまな長さの直線状の溝と不規則な側面が傷つきます。
考えられる原因:スロットギャップやコーティングギャップに大きな粒子の凝集体、異物、または大きな粒子が詰まっている。基板の品質が悪く、異物がコーティング ロールとバッキング ロールの間のコーティング ギャップをブロックする原因となります。ダイリップの損傷。さらに、装置の動作中、不均一な張力や不適切なオーブンの空気量により、移動中に電極が削れ、スクラッチ ライン欠陥が発生する可能性があります。
改善策：リップまたはコーティングのギャップから粒子を除去し、フィルターを交換し、ダイリップを検査します。スクラッチによる問題の場合は、ラインを停止してトラブルシューティングを行い、スクラッチ位置を特定し、障害物を取り除くか、オーブンの風量を適切に調整して、電極の乾燥を確保しながらスクラッチ ラインの欠陥を解決します。
スラリー中の大きな粒子:CMCを調整し、撹拌時間を増やします。溶解性が良く、繊維残留物が最小限に抑えられ、ゲル化する均一なCMCを使用すると、優れた水和効果が得られ、材料粒子を十分に分散させることができます。撹拌時間を増やし、スクリーンから残った柔らかい粒子を取り除き、スラリーをスクリーンします。
2. 縦スジ
意味：以下に示すように、塗膜中に基板の走行方向と平行に、長さ方向に連続的に伸びる縞状の欠陥が現れます。
考えられる原因:通常、コーティングウィンドウの上限速度付近で発生し、コーティングが薄い場合にはより顕著になります。箔表面上のスラリーの不均一な分布。
改善策：スラリーの粘度を調整します（均一に分散させるために過剰な分散剤を追加すると、粘度が高くなりすぎます。非ニュートン流体の挙動により、スラリーがコータからフォイル表面に移された後のレベリングが低下し、均一に広がりません）。コーティング速度を下げる（速度を下げると、スラリーの「弾性」が失われ、すぐに平らになります）。コーティングロールとバッキングロールの間のコーティングギャップを減らす。よく分散する分散剤を適切な用量で使用してください。-
3. 横スジ
意味：基材の走行方向に垂直に、ウェブ幅を横切る縞模様の欠陥がコーティングに現れます。
考えられる原因:機械的振動;ウェブ速度の変動。スラリー供給の流れの周期的な変動。
改善策：機械外乱周波数と横スジ発生周波数が一致しているか確認してください。
4. 波状エッジ
意味：コーティングの端に現れる波状の縞模様を特徴とする欠陥。
波状のエッジ ライン欠陥が発生する主な理由は 2 つあります。1 つは箔に関連しています。たとえば、許容できない箔の表面粗さ、箔の酸化、輸送または巻き戻し中の二次汚染はすべて、波状のエッジの問題を引き起こす可能性があります。このような問題が発生した場合は、新しいコーティング用ホイルに交換してください。もう 1 つの理由は、スラリーの粘度とシムの伸びの間の不一致です。塗布中、供給タンクの長時間の撹拌により粘度が低下したり、撹拌時の導電剤の濡れ性が悪くなりスラリー粘度に大きな影響を与える場合があります。粘度の変化（減少）は、現在のシムエクステンションが適切でなくなったことを意味します。粘度低下によるエッジの波打ちを解決するには、より大きなエクステンションシムに交換してください。
5. ひび割れ
意味：塗膜表面に亀裂が入り組んだ欠陥。
原因:過剰または過度に急速な乾燥。停止中の電極のさまざまな部分の加熱が不均一であるため、乾燥中に一部の端では乾燥が早すぎ、他の端では乾燥が遅すぎます。皮膜内に発生した内部応力を完全に解放しないと亀裂が発生します。
改善策：乾燥時間と速度を調整します。固形分を調整します（固形分が低いと、コーティングの乾燥が速すぎて過度に乾燥し、カールやひび割れが発生する可能性があります）。コーティング材料の張力の理由により、オーブンの空気取り入れ量を調整してひび割れを制御します。
Ⅲ．エッジ効果
1. 厚いエッジ (エッジビルドアップ)
意味：塗布幅の両端の塗布厚みが平均厚みよりも厚い欠陥。多くの場合、エッジは厚く、中央は薄い、つまり厚いエッジです。
原因：表面張力によって引き起こされる大量移動。以下に示すように、最初は濡れたフィルムの端は薄くなり、溶媒が中央よりも早く蒸発し、端の固形分が急速に上昇します。端部の表面張力は、中央の湿ったフィルムの表面張力よりもはるかに大きくなります。エッジの表面張力が大きくなり、溶媒がより速く蒸発するため、液体が内側からエッジに向かって移動し、乾燥後に厚いエッジが形成されます。
エッジ厚現象は好ましくない欠陥である。それを防止および軽減するための対策には次のようなものがあります。
① スラリー流量が一定の場合、スロットサイズを小さくするとダイからのスラリーの出口速度が増加し、スラリーの抗力比が減少し、厚刃の厚みが減少します。しかし、スロットサイズが小さくなるとダイの内圧が高くなり、ダイリップの膨れが発生しやすくなり、塗布の横方向の厚み均一性が不均一になり、より高精度の塗布装置が必要となります。
② コーティングギャップを小さくすると、厚肉エッジの厚みと幅を小さくすることができます。
③ 界面活性剤を添加するなどしてスラリーの表面張力を下げ、乾燥時のスラリーの端への流れを抑制します。
④スロットシムの出口形状を最適化することでスラリーの流速方向と大きさを変化させ、エッジスラリーの応力状態を軽減し、スラリーのエッジうねり効果を弱めます。
[内部リンクの提案: 「高精度塗布装置」を当社の精密コーター製品ページにリンクし、「スラリー特性」を当社の材料供給または技術サポートのページにリンクしてください。]
2. エッジの凹み
意味：エッジ凹み型の線状欠陥と同様。
原因：エッジ陥没線欠陥を引き起こす主な要因は、コーティング圧力に関連しています。ダイキャビティ内のコーティング圧力が比較的低い場合、電極コーティングのエッジ位置にエッジ凹みが発生します。
改善策：1 つの方法は、ダイ キャビティの両側にテフロンを追加して、エッジ コーティングの圧力を高め、エッジ コーティングの量を改善し、エッジの凹みを解決することです。もう 1 つは、シムの厚さを減らし、キャビティのコーティング圧力を高め、エッジの落ち込みを避けることです。
3. しわ
意味：乾燥過程で塗膜にしわが発生する欠陥。
主な要因としては、巻き出し/巻き取り張力、ロール比、銅箔仕様（幅広・薄型タイプに多い）、巻き取り軸径、PETフィルム巻き取り密度などが挙げられます。
改善策：張力曲線を最適化し、ロール比を変更し、調整ロールを調整し、ロール上の PET フィルムの巻き密度を高めます。
4. ウィークエッジ/ファジーエッジ
意味：コーティングされた材料とエッジ材料の色の違いは小さく、明確な境界はありません。エッジが弱いためにエッジ検出が不正確になると、距離測定が不正確になり、追従偏差補正リンクに影響を与える可能性があります。{0}}
原因:左右に揺れる素材。異なる材料/スラリーは異なるグレースケールを持ちます。コーティングエッジ等の外観欠陥による干渉
改善策：イメージング システムとエッジ検出アルゴリズムを最適化します。
その他の一般的なコーティング欠陥には、空気の巻き込み、横波、たるみ、小川、膨張、池などがあります。
コーティング欠陥の複雑さ
塗装欠陥は、その原因から除去方法、さらには制御方法まで非常に複雑です。
まず、不良を引き起こす要因が複雑です。コーティングプロセスのすべての単位操作またはプロセスステップがコーティングの品質に影響を及ぼし、最終製品の品質欠陥につながる可能性があります。欠陥の原因となる要因の直接的な影響に加えて、異なる要因間の相互作用も欠陥の原因となる場合があります。-
第二に、欠陥の原因を特定するのは複雑です。欠陥は、同じプロセスステップで発生する場合もあれば、複数の操作を行った後にのみ発生する場合もあります。場合によってはコーティングステーションでコーティングの縞が見つかることがありますが、混合欠陥や汚染欠陥は乾燥が終了した後に初めて確認できます。基材の欠陥であっても、最終製品が巻き戻されるか、スリットされるまで検出されない可能性があります。
第三に、欠陥の発生はランダムです。欠陥は、研究室規模のスラリー調製からパイロット コーティング、生産規模の拡大に至るまで、製品開発サイクルのどの段階でも発生する可能性があります。-各段階で異なる欠陥が存在する可能性があり、初期段階での除去は次の段階で欠陥がないことを保証するものではありません。-より複雑には、同様の外観欠陥でもさまざまな原因が考えられ、気泡、斑点、波紋など、その都度原因が異なる場合があります。
最後に、欠陥はコーターの初期設計やコーティング生産ラインの各ハードウェア ユニットの性能によっても判断できます。コーターは、最初にカスタマイズされた製品には合理的かもしれませんが、製品の変更やコストの変動により、コーターが要件を満たせなくなる可能性があります。
上記の分析は、リチウムイオン電池の電極コーティングにおける複雑な課題を浮き彫りにしています。{0}一貫した高品質の結果を達成するには、深い技術知識だけでなく、精密機器、安定した材料、シームレスに統合された生産ラインも必要です。-
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