正负极涂布过程中失重率和附着力的控制

锂电池涂布过程中除了管控面密度之外，还要管控失重率，附着力等。本篇文章将对失重率和附着力进行讲解。

一.失重率

1.什么是失重率？

锂电池涂布过程中的失重率是指在涂布后，由于溶剂挥发等原因导致的材料质量损失的比例。例如，如果涂布前湿涂层的质量是 100g，经过烘干等工艺后，干涂层质量变为 90g，那么失重率就是（100 – 90）/100×100% = 10%。适当较低的失重率意味着电池能够更好地保持活性物质，提高电池的能量密度和循环寿命。

2.影响失重率的因素

2.1涂布工艺参数

2.1.1烘干温度

温度过高会使溶剂快速挥发，导致失重率增大。

2.1.2烘干时间

时间过长也会增加失重率。因为随着时间的延长，更多的溶剂有机会挥发。

2.1.3涂布速度

涂布速度快，单位时间内涂覆的湿料多，若烘干条件不变，溶剂挥发不完全，失重率可能会降低，但也可能导致涂层质量问题。相反，涂布速度慢，溶剂有足够的时间挥发，失重率可能会偏高。

2.2材料因素

2.2.1浆料溶剂类型

不同的溶剂具有不同的沸点和挥发速率。例如，N – 甲基吡咯烷酮（NMP）作为常用溶剂，其沸点相对较高（约 202℃），如果使用沸点较低的溶剂，在相同的烘干条件下，失重率会更高。

2.2.2浆料固含量

固含量低的浆料，溶剂含量高，在涂布过程中失重率相对较高。例如，固含量为 50% 的浆料比固含量为 70% 的浆料在相同工艺下失重率要高，因为前者含有更多的可挥发溶剂成分。

3.失重率的高低对电池性能的影响：

高失重率：

当锂电池涂布过程中失重率过高时，意味着有较多的活性物质或者粘结剂等成分可能因为溶剂过度挥发等原因而损失。例如，如果正极材料在涂布过程中失重过多，那么在电池组装完成后，实际参与电化学反应的正极活性物质的量就会减少。由于电池容量与活性物质的量有直接关系，这会导致电池的理论容量降低。

高失重率可能会导致涂层出现裂纹。这是因为在溶剂快速挥发的过程中，涂层内部的应力变化较大。当涂层中的活性物质分布不均匀或者粘结剂无法承受这种应力变化时，涂层就会产生裂纹。

低失重率：

失重率过低可能暗示溶剂挥发不完全。在后续的电池制造过程中，残留的溶剂可能会对电池性能产生不良影响。例如，残留的溶剂会影响电极材料之间的接触，使电池内阻增大。

溶剂可能会不断地与电极材料和电解液发生反应，生成一些对电池性能有害的物质。这些物质会在电极表面堆积，阻碍锂离子的传输，使电池的内阻不断增大，从而缩短电池的循环寿命。

残留溶剂在电池内部可能会形成气体，使电池内部压力升高。如果电池的安全阀等安全装置不能及时释放压力，电池外壳可能会发生鼓包甚至破裂，从而引发安全隐患。

二．附着力

1.什么是附着力？

锂电池涂布过程中的附着力是指涂层与集流体（如铜箔或铝箔）之间的结合力。良好的附着力能够保证在电池充放电过程中，涂层不会从集流体上脱落，从而确保电池的性能和安全性。

2.影响附着力的因素：

2.1集流体表面清洁度与粗糙度

2.1.1清洁度

集流体表面如果有油污、灰尘等污染物，会严重影响涂层与集流体的附着力。

2.1.2粗糙度

适当的表面粗糙度有助于提高附着力。

2.2浆料成分与性能

2.2.1粘结剂类型和含量

粘结剂是影响附着力的关键因素。不同的粘结剂具有不同的粘结性能。例如，常用的聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂，其含量的多少直接影响附着力。如果 PVDF 含量过低，涂层中的活性物质与集流体之间的粘结力不足；含量过高，可能会影响电池的电化学性能。

2.2.2浆料的分散性

如果浆料中的活性物质、导电剂等成分分散不均匀，可能会导致局部附着力差。例如，当导电剂团聚时，在团聚处涂层与集流体的接触不紧密，附着力降低。

3.高附着力的影响

当涂层与集流体之间具有高附着力时，在电池充放电过程中，活性物质能够牢固地附着在集流体上。这样，活性物质可以充分地参与电化学反应，确保电池能够发挥出设计的容量。

高附着力能够保证涂层在电池长时间的循环过程中保持完整。因为在电池循环过程中，电极材料会反复膨胀和收缩，高附着力可以使涂层紧密地贴合在集流体上，承受这种体积变化。

良好的附着力可以确保涂层与集流体之间的接触良好。这使得在电池工作过程中，电子能够在集流体和活性物质之间顺畅地传输，从而降低电池的内阻。

高附着力有助于维持电池内部结构的稳定。在电池受到外力冲击、振动或者在高温环境下工作时，涂层不会轻易脱落，从而避免了因活性物质脱落引起的内部短路风险。

低附着力的影响：

若附着力较低，在电池充放电循环过程中，尤其是在电池体积发生变化（由于锂离子的嵌入和脱出导致电极材料膨胀和收缩）时，涂层容易从集流体上脱落。一旦活性物质脱落，能够参与电化学反应的活性物质数量减少，电池的容量就会降低。

低附着力会导致涂层在电池循环早期就开始脱落。随着循环次数的增加，脱落现象会越来越严重。从而加速电芯的循环衰减。

当附着力较低时，涂层与集流体之间的接触电阻增大。在电池充放电过程中，电子传输受阻，电池内阻升高。这不仅会导致电池在充放电过程中产生更多的热量（焦耳定律），而且会降低电池的充放电效率。

低附着力使得涂层容易脱落，脱落的活性物质可能会在电池内部移动，有可能会导致正负极短路。一旦短路发生，电池内部会瞬间产生大量的热量，可能会引发电池起火、爆炸等严重的安全事故。