锂电涂布缺陷之气泡(Bubble)

锂电极涂布过程中的气泡形成是影响电极质量（如均匀性、容量、循环寿命等）的关键问题。

一、气泡形成机理

气泡主要产生于浆料制备、涂布及干燥阶段，可分为卷入气泡和反应生成气泡两类。

1. 浆料制备阶段

①搅拌卷入空气：高速搅拌或分散时，浆料表面涡流将空气卷入内部，形成微小气泡。

②粘弹性包裹：高粘度浆料（如高固含量、含CMC/SBR粘结剂）易包裹气体，气泡难以上浮逸出。

③添加剂分解：某些添加剂（如润湿剂、分散剂）可能引入挥发性成分，受热或剪切后释放气体。

2. 涂布阶段

①流平性差：浆料流平过程中，表面气泡无法及时破裂，被固定于湿涂层中。

②基材润湿不良：集流体（铜箔/铝箔）表面能低或存在污染物时，浆料润湿性差，气泡易在界面残留。

③涂布头设计：狭缝挤压涂布时，模头内部流道若存在死角或压力突变，可能吸入空气。

3. 干燥阶段

①溶剂快速挥发：高温干燥时表层溶剂迅速蒸发，形成“结皮”现象，内部溶剂汽化后被封闭，形成气泡甚至裂纹。

②温度梯度：干燥箱温度不均导致局部过热，溶剂剧烈沸腾产生气泡。

4. 电化学副反应

①浆料成分反应：碱性杂质（如残余锂盐）与粘结剂或溶剂反应生成气体（如CO₂）。

②水氧残留：浆料或环境中水分与锂盐（如LiPF₆）反应生成HF等气体。

二、气泡带来的影响

1. 局部涂布不均：气泡导致涂层厚度差异，影响电池容量一致性。

2. 孔隙结构异常：气泡残留形成大孔，破坏电极微观结构，增加内阻。

3. 界面接触不良：气泡处活性物质与集流体脱离，导致局部电流密度过高，加速衰减。

4. 涂布缺陷：严重时气泡破裂形成针孔或“火山口”，引发短路风险。

三、改善对策

1. 浆料配方与制备优化

①消泡剂/润湿剂添加：优选低表面能、相容性好的消泡剂（如有机硅类、聚醚类），降低气泡稳定性。

②固含量与粘度控制：适当降低固含量或调整粘结剂比例，改善浆料流变性，减少气泡包裹。

③真空脱泡处理：搅拌后对浆料进行真空静置或离心脱泡（如-0.1 MPa真空保持10-20分钟）。

④溶剂选择：使用低沸点、低表面张力溶剂（如NMP替代水性体系时需注意挥发控制）。

2. 涂布工艺调控

①基材预处理：对集流体进行等离子清洗、臭氧处理或涂覆亲水涂层，提高润湿性。

②涂布参数优化：

➪调整涂布速度与模头间隙，确保稳定流场。

➪采用“渐变性”干燥曲线：低温区（60-80℃）缓慢挥发溶剂，避免结皮；中高温区（100-130℃）彻底干燥。

③在线监测与反馈：利用CCD视觉系统实时检测气泡，联动调节涂布速度或真空吸附。

3. 设备与环境改进

①模头流道设计：优化狭缝模头内部结构（如流线型设计），避免浆料滞留和吸气。

②真空抽吸装置：在涂布区设置负压吸附，促使气泡在流延阶段破裂逸出。

③环境控制：洁净室恒温恒湿（如露点≤-30℃），减少水汽干扰。

4. 干燥工艺精细化

①分段干燥：多段温区采用“低-高-低”温度曲线，配合风速调节（如先低风防结皮，后强风除溶剂）。

②红外/微波辅助干燥：促进内部溶剂均匀蒸发，避免表面过热（需防止局部过热）。

5. 材料与存储管理

①原料除水：活性材料、导电剂等提前烘干（如120℃真空干燥12小时）。

②浆料即配即用：避免长时间静置导致组分沉降或反应产气。