锂电池厚涂层技术

随着目前行业及用户需求的发展，新能源汽车要求提能量密度，储能电池也追求更高的容量。而厚涂层技术无疑是一个快速的方式，但其也伴随着一些问题的产生。

锂电池的厚涂层技术从字面理解也就是将极片涂”厚“；即锂电池的正极或负极集流体上涂覆较厚的活性材料层，也就是将面密度增大，以此来发挥出高容量，高的能量密度。

目前存在的问题：

一.传统湿法涂布易开裂

然而传统湿法工艺对电极厚度有明显的限制，湿涂层通常会具有易产生开裂、分层和柔性差问题。尤其在电极较厚的情况下，这些问题会被放大导致电极的活性物质负载量有限。

二.单层涂布方式应力分布不均

干燥速率不一致：浆料在完成涂布后，表层溶剂（如NMP或水）会优先挥发，导致表层快速固化并形成致密结构，而底层溶剂挥发速度较慢。又因为顶层与底层挥发速率不一致，导致应力产生差异，导致涂层内部产生收缩应力梯度（表层受拉应力，底层受压应力）。在干燥过程中，粘结剂（如PVDF或CMC）因密度较低会向表层迁移，导致底层粘结剂含量不足。同时粘结剂富集区域弹性高，粘结剂贫乏区弹性低但脆性增加，又使得应力进一步分散不均匀。

三.孔隙率不均匀

干燥挥发速率不一致：涂布后，电极浆料表层直接接触空气，溶剂优先挥发，其表层会形成致密的结构，导致孔隙率低。但底层的溶剂挥发慢，在干燥后期容易产生收缩现象，这就会形成相对大的孔隙。又因为顶层与底层挥发速率不一致，导致应力产生差异，撕裂成一些不规则的孔隙。

颗粒分层且受重量效果影响加剧：浆料静置或干燥过程中，密度较高的活性材料（如NCM、石墨）受重力作用向下沉降，导致底部颗粒堆积更为紧密，形成低的孔隙，而上层因为活性物质相对少形成了较高的孔隙。轻质导电剂（如炭黑）易悬浮于浆料中，加剧了孔隙的分布不均。同时边缘区域因干燥速率快，孔隙率低于中心区域的现象比薄电极时更加明显。

四.浸润问题

电极的厚度增加意味着电解液需要更长的路径才能渗透到电极内部，尤其是在孔隙结构复杂的情况下，迂曲度增加，这会阻碍电解液的流动。而且厚点极的孔隙分布不均匀，当厚电极中若孔隙直径过小时，常规电解液表面张力（如EC/DMC体系约30 mN/m）难以克服毛细阻力，导致渗透不过去。

五.界面阻抗增加问题

厚电极容易导致电解液浸润不良这会减少有效的电化学反应面积，从而增加界面阻抗。厚电极增加了锂离子在电极内部的扩散距离。导致锂离子的扩散路径更长，从而造成浓差极化，进一步影响界面阻抗。 

小结：

厚涂层虽然存在一些技术上的问题，但我们仍然可以进行一些优化，如干法电极减少开裂，造孔剂优化孔隙率，双层涂布解决应力，电解液特殊添加剂改善浸润等。后续会对这些方式进行单独分析。