涂布暗痕与波浪边的形成原因及解决措施

本文我们来深入探讨两个在涂布工序中极为棘手且高频出现的表面缺陷—暗痕与波浪边。它们不像开裂那么显眼，但依旧对电芯性能有着深度的关联。

定义

在涂布后的极片上，我们有时会观察到一种特定走向的、与周围区域光泽或密度不同的纹路，这便是”暗痕”。而”波浪边”则是指极片边缘，特别是靠近基材边缘的区域，出现厚度不均、呈波浪状的起伏。千万别把它们仅仅当作外观问题：

• 破坏涂层均匀性： 暗痕区域本质是微观结构的致密或疏松，波浪边则是宏观厚度的周期性波动。这直接导致活性物质面密度分布不均，是电芯容量跳水、内阻增大的根源。
• 引发后续工艺不良： 在后续的辊压工序中，这些不均匀的应力集中点极易导致局部过压或压不实，进而引发更严重的脆裂、掉粉或剥离。
• 安全风险潜伏： 涂层不均意味着电流密度不均，在快充或循环中，局部过充或锂金属析出（析锂）的风险急剧增加，为电池安全埋下隐患。

暗痕形成原因

暗痕的形成，是浆料流动与干燥动力学共同作用的结果，核心在于局部微观厚度的差异导致了光线反射和材料密度的不同。

浆料流变性（主因）：

• 不良流平性： 浆料触变性过强，一旦停止剪切（如经过模头唇口后），粘度迅速恢复，无法通过自身流动性抹平涂布时产生的痕迹。

• “剪切稀化”不充分：浆料在模头内部未能受到均匀、充分的剪切，导致局部含有未完全分散开的粘结剂或导电剂微凝胶团。这些团状物在涂布时形成流动阻力，留下条痕。

涂布模头：

唇口洁净度： 模头唇口若有干涸的浆料结块或细微损伤，会周期性或持续地干扰浆料的稳定流出，形成固定的”拉线”或”条纹”。
模头内部流道设计/堵塞： 内部流道设计不合理或发生部分堵塞，会导致浆料在模头幅宽方向上供给压力不均，流出速度不一致，产生纵向暗痕。

干燥速率：

过快的干燥速率会使表层迅速结皮，内部溶剂挥发时，会携带部分粘结剂和细小颗粒向表面迁移，在特定区域（如之前流动不均匀处）聚集，形成与周围颜色和致密度不同的”干燥阴影”。

波浪边形成原因

波浪边的本质是极片边缘区域浆料所受的表面张力、剪切力与干燥应力失去了平衡。

浆料与基材的”不粘合”：

基材边缘张力异常： 集流体（箔材）在分切过程中，边缘会形成微小的毛刺或产生塑性变形区，或者边缘容易吸附油污。这些都导致边缘区域的表面能降低，浆料对基材的润湿性变差。
浆料内聚力过强： 如果浆料的内聚力远大于其与基材边缘的粘附力，浆料在边缘会自然”回缩”，试图减小与空气的接触面积，从而无法形成平整的边缘，而是堆积、皱起。

模头与基材错位：

模头与基材不平行： 这是导致单边波浪边的主要原因。微小的不平行度会导致一侧间隙过大，涂布厚度异常，浆料在此处铺展和干燥行为改变。
背辊边缘磨损/变形： 背辊边缘的微小磨损或变形，会直接导致该位置的涂布间隙发生微小变化，从而在边缘形成有规律的厚度波动，即波浪边。

暗痕的解决方案

优化浆料流变性：

优化粘结剂体系和分散剂，目标是获得良好的流平性和适度的触变性。
确保足够的搅拌时间和恰当的剪切速率，彻底打破所有微凝胶团，保证浆料的均一性和稳定性。

模头的精细维护与管理：

建立严格的模头清洁与点检规程。每次下料后必须使用专用溶剂和无尘布彻底清洁唇口。
定期对模头进行专业水平的校准，确保唇口的直线度和与背辊的平行度。

优化干燥曲线：

采用阶梯式升温，降低预热区温度，让浆料表层在干燥初期保持”开放”状态，为内部溶剂逸出和浆料流平争取时间。

波浪边解决方案

提升基材边缘质量与润湿性：

与箔材供应商沟通，提升分切工艺，确保边缘光滑、无毛刺。
在保证洁净度的前提下，可通过在线等离子清洗等方式，同步提升基材整体（包括边缘）的表面能和亲液性。

精确的机械对位与维护：

• 每次换型或开机前，必须使用塞尺等工具精确校准模头与背辊的平行度。

• 定期检查背辊的圆度、直线度和表面磨损情况，发现问题立即修复或更换。

工艺参数的精细微调：

• 在允许范围内，适当降低涂布速度，可以减少浆料在模头内的流动扰动，有利于边缘成型稳定。
• 优化涂布间隙与压力，找到既能保证转移良好又能形成平整边缘的最佳参数窗口。

结语

涂布暗痕与波浪边虽然在浆料涂布中容易发生，但也有办法避免。通过浆料特性、设备状态与工艺参数三者结合可以有效改善此类现象。