涂布工艺手册

FormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:SHEET:lOFl2Confidential:Topsecret()Secret()Internallyopen(√)Externallyopen()REV.CHANGEDESCRIPTIONISSUEDATEPREPAREDBYAPPROVEDBYA0新发行/NewRelease202l.7.2FormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:汇集涂布工序过程要点、常见异常处理流程、NCR及marking边界物料、报废分类。2适用范围：所有型号，含75Ah/106Ah/5.9Ah/142Ah/9.6Ah3工序介绍：涂布工序的主要作用是将具有活性的阴阳极材料、连接活性物质和基材的粘结剂、起到导电作用导电剂，以及其他的一些辅助材料（如增塑剂、稳定剂等按要求的尺寸和面密度，均匀的涂覆在基材表面。后续分切成指定的形状，与隔离膜一起，一层阴极、一层隔膜、一层阳极，组装成卷芯结构。3.1、涂布现场实景图：3.2、涂布原理：挤压涂布（我司采用）核心是挤压涂布头腔体结构与浆料流变性的配合，浆料经过泵输送到涂布头腔体中，由于挤压涂布头唇口间隙较小，浆料会受到较大流动阻力，浆料将会在腔体中进行填充，填充满之后再流经唇口涂覆在基材上。示意图如下：3.3、涂布机组成：涂布机的组成包含放卷机构、供料系统、干燥系统、收卷机构以及配套的在线测量系统(β-ray和CCD）。放卷和收卷机构，主要是起到牵引的作用，将基材和极片进行放卷收卷；供料系统是整个涂布的核心部分，主要是控制浆料在基材表面的涂覆精度、稳定性；干燥系统主要作用是将涂覆到基材表面的湿浆料中的溶剂部分蒸发，FormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:形成干膜的作用；在线测量系统，则主要是起到实时检测涂布面密度和尺寸的作用。示意图如下：4过程要点△4.1、关键控制要点4.1.1、过程KPIV和KPOV涂布工序的过程KPIV（关键输入变量）包含：唇口间隙（垫片厚度）、涂布间距（Die与背辊Gap）、涂布涂布工序的过程KPOV（关键输出变量）包含：膜片重量（面密度）、膜片尺寸（膜宽、极耳宽度等）、极片外观、极片边缘削薄区厚度。4.1.2、KPIV与KPOV的关系4.1.2.1、涂布速度与膜片重量、尺寸的关系：其他输入变量固定的情况下，涂布速度越高，膜片重量越轻，尺寸越窄，呈一定的线性关系，如下图所示：4.1.2.2、涂布间距与膜片重量、尺寸的关系：给定泵速和走带速度的情况下，减小涂布间隙更多的是将浆料向两边挤压，从而显著增加涂布宽度，同时涂布重量也会随之略有下降。但一般状况下不建议随意调整涂布间隙，COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:SHEET:4OF12因为在挤压涂布的过程中维持浆料涂珠的稳定性最为关键，间隙过大，涂布漏金属严重；间隙过小，涂布垂流，甚至涂布原理发生变化。所以想要提升涂布品质，涂布间隙一定要控制。如下图所示：4.1.2.3、涂布泵速与膜片重量、尺寸的关系：理论上挤压涂布的关键参数应该为涂布流量，但因为我们浆料的特殊性，市面上很难找到能够准确测量流量的流量计，又因为我们一般使用的螺杆泵为一容积泵，定量精度高，一般对于固定浆料给定泵速下流量基本保持一定，所以我们亦可用用泵速作为关键参数。流量越高重量越重，宽度越宽。如下图所示：涂布泵速4.1.2.4、涂布垫片与膜片边缘削薄区厚度的关系：正常涂布出的膜片后期在表面张力的驱使下会形成厚边的现象，无法正常收卷。因此正常涂布时我们会对涂膜进行削薄处理。目前挤压涂布的边缘削薄一般靠垫片倒角控制。图16为常见边缘削薄方式。如下图所示：COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:4.1.3、膜片重量控制与检测涂布一般采用1出4或者1出6的模式生产，如下图1所示，可以最大限度的提高设备利用率。膜片重量的控制就需要同时从横向和纵向两个方向进行。涂布横向涂布纵向涂布横向涂布纵向横向重量控制，在首检调试时，需要将横向重量一致性调试到一定的范围内。调试方法包括：唇口螺丝松紧度、刀距；检测横向一致性，一般以三个膜区的重量均值差进行衡量；纵向重量控制，主要靠过程中的泵速调节进行控制。纵向重量受到螺杆泵精度、涂布速度稳定性和涂布涂辊圆跳动精度、浆料稳定性、腔体压力、供料系统液位高度等因素影响。生产过程中关键控制：泵速、腔体压力、滤芯堵塞程度等；重量检测，主要靠机尾β-ray的在线测重仪器实施在线检测，反馈干膜厚度，测试结果反馈至机头开机人员，作为调试的依据，如下图2所示：FormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:4.1.4、膜片尺寸控制与检测涂布尺寸一般包括涂膜宽度、极耳宽度、陶瓷宽度（部分正极有涂覆）以及单双面错位。尺寸主要是靠垫片设计来实现，如下图1所示。但生产过程中，刀距、泵速、垫片安装直线度等，可以在一定范围内影响尺寸大小。尺寸控制：当出现膜区尺寸过小时，一般采用缩小Die头与背辊的间隙Gap，让唇口对浆料进行挤压，浆料往两边延伸，增加尺寸；同理，当出现膜区尺寸过大时，一般采用增加Die头与背辊的间隙Gap，让唇口对浆料的挤压减小，浆料往中间收缩，缩小尺寸；如下图2所示：尺寸检测，主要靠机头CCD高速相机实施在线检测，测试涂布出来的湿膜尺寸，再通过湿膜和干膜的校验，进行补充，反馈干膜尺寸，便于机头开机人员及时根据测试结果调试，并快速反馈调试效果，如下图3所示：COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:4.2、设备参数调试4.2.1、垫片安装与检测垫片安装注意事项：垫片拿取需要双手持左右两端，防止垫片玩去变形；腔体内在垫片中间极耳位置需安装垫块，用于增加垫片与上模头的密封性；垫片定位靠后，保证左右突出手感基本一致；安装后上下唇口需对齐；固定螺丝从中间往两边锁定，减少应力差异影响；安装完成后对Gap采用100um塞尺进行标刀修正；垫片安装后检测：一摸垫片后面凸出模头部分，左右突出程度是否有明显差异；二摸垫片在唇口是否存在凸出现象；4.2.2、唇口螺丝调节唇口螺丝主要是用于调节横向重量、削薄区过渡区宽度、串料漏料等问题。当横向某个区域出现重量偏轻或者偏重时，可调节对应区域的模头唇口螺丝，螺丝下压，重量变轻，螺丝上抬，重量变重。当出现极片边缘削薄区宽度过宽或过窄，可调节对应位置的螺丝松紧度，对边缘浆料进行限流泄流。当出现CIL串料或者极耳串料等问题，可压紧极耳位置螺丝，限制浆料外串；4.3、检验设备校验4.3.1、β-ray在线测重仪校验为什么要校验？β射线检测极片重量的原理，是通过β射线穿过极片表面，被极片涂层和铝箔吸收部分射线，射线强度的衰减与涂层密度呈现线性相关。当极片涂层的内部结构（堆积密度、堆积结构）发生变化后，对射线的吸收率也会发生变化，其换算吸收K和b值会不同。而不同特性的浆料在涂布干燥后，其堆积结构会有微小变化，因此需要定期校验输出K和b值，避免测试值与实际值偏差过大。校验方法和标准：校验采用涂布极片静置横向扫描，并标识好扫描位置，得出β-ray测试结果X1，然后将对应位置的极片冲孔取样，称重，得出称重测试结果X2，对比X1与X2的差值，补偿到β-ray的参数中。校验标准，差值<1mg，不进行补偿；1mg＜差值＜3mg，将差值补充到β-ray的补偿值；差值>3mg，补偿后重新再检验。4.3.2、CCD在线测宽仪校验为什么要校验？CCD检测极片尺寸的原理，是通过高速相机对极片进行拍照后，根据不同色差识别出极耳区、膜区，然后对其进行尺寸换算。目前CCD在机头测试湿膜，湿膜干燥过程中，存在边缘收缩现象，因此干燥后尺寸会发生一定变化，但不同的浆料特性和干燥条件，其收缩程度均会有不同程度的差异，因此需要定期校验湿膜和干膜的差异，来修正测试值与真实值的差异。校验方法和标准：校验采用涂布湿膜极片静置测试，并标识好测试位置，得出CCD测试的每个膜区尺寸和极耳尺寸的数据，然后将极片按照生产条件进行干燥，取样用二次元测试每个膜区和极耳的尺寸值，对比CCDFormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUALCOATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:测试结果与二次元测试结果，补偿到CCD的对应测试项目的补偿参数中。校验标准，差值<0.15mm，不进行补偿；0.15mm＜差值＜0.2mm，将差值补充到β-ray的补偿值；差值>0.2mm，补偿后重新再检验。4.4、生产过程注意事项4.4.1、品质影响注意点涂布辊的清洁：每班开班对机头机尾的所有过辊均采用无水乙醇沾无尘布擦拭干净。生产过程中，会不断的有极片粉尘、particle、浆料等沾到辊上，如不能及时清洁干净，会导致极片出现刮带、划痕、凹凸点等品质异常；浆料打料过程：主浆料和CIL浆料打料，如果出现进料端打空的现象，未及时发现，空气会进入浆料中，导致涂覆后，涂层表面呈现气泡凹坑等外观缺陷异常；滤芯堵塞更换：生产过程中需持续观察供料压力和颗粒划痕变化趋势，及时发现滤芯堵塞变化趋势，并进行更换，避免出现颗粒划痕恶化，影响极片的外观；缓存罐管控：缓存罐浆料的转速会影响浆料的粘度变化稳定性，从而影响涂布重量稳定性，对转速需要注意管控，同时液位也会影响浆料的供料压力，从而影响涂布的重量稳定性。目前实现液位自动感应加料，但要注意防止其失效；涂布烘箱抖动：涂布烘箱的进风、出风、补风频率，会影响极片在烘箱的抖动状态，影响浆料干燥过程和流平性，同时也会存在抖动过大导致极片刮擦风嘴的风险。调节风频后需要每节烘箱观察极片状态；CIL烘干状态：因CIL浆料的固含量对比主浆料要低一倍左右，同样的烘干过程，可能会存在CIL烘干困难的现象，当CIL出现厚度偏上限的情况时，可能出现CIL烤不干，在机尾沾到过辊和胶辊上，造成CIL外观不收放卷张力：设备收放卷张力、锥度系数等参数设置，会对收卷对齐度有显著影响，针对不同的收卷卷径，需要及时调整，预防出现收卷补齐，甚至炮筒等不良；卷筒表面划痕：卷筒在重复使用过程中，会存在使用刀片割内圈不良极片的现象，这样就会导致卷筒容易被划伤。如果对划伤的卷筒不及时进行处理，直接投入使用，可能会造成新收卷的内圈极片被划痕顶伤的现象。4.4.2、优率影响注意点收卷卷径大小：收卷太小，容易导致卷与卷接带换卷报废增加，每个卷的起涂和收尾位置，均存在一定尺寸和面密度NG的极片，这部分是每个膜卷的固有报废，卷径越小，固有报废率约高；在不出现品质问题，不超出设备负载的情况下，卷径约大越好；停机位起涂：涂布过程中因异常导致连续涂布被中断，如颗粒划痕、设备故障、品质异常等，形成停机位，FormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:停机后重新开机，起涂约5~20m尺寸和重量NG，不能使用。单面停机位，在收卷后需要在过停机位约5-10放置标识，提醒双面涂布跳过停机位；双面遇到来料停机位时，先退刀，牵引走过空箔部分，在单面涂层到达唇口位置后，进刀启动涂布，如进刀太慢，会浪费更多的单面涂层；刮带停机：单双面涂布过程中，出现因颗粒或者单面极片不平整，导致经过唇口时，刮破基材，造成刮带；如发生刮带时，不能及时停机，基材会持续被刮破，直到断带。涂布发生断带，会造成整个烘箱极片的报废，且重新接带需要降温，穿带，浪费时间。故涂布过程中，机头开机人员需时刻保持警惕，一段发现有刮带发生，立即停机，尽可能控制刮带的长度，不断带。双面涂布卷尾停机：涂布停机后，会有一烘箱的基材需要留在机台上，用于换卷接带。双面涂布时，如果放卷内圈未预留一定长度的空箔，则在机头停机时，会导致极片被留在烘箱内，重新换上新的膜卷后，涂布到机尾，需要再次停机，对机尾进行换卷，两次停机会导致膜卷中间的增加停机位，造成更多浪费。故单面涂布时，卷首收卷时，需要预留一烘箱约70m左右的空箔，给双面涂布时牵引使用。首检调试：涂布调试首检，每调试一次，需要连续试涂30-50m，且每次调试次数都需要在2-5次左右，调试报废率高。且双面涂布调试，过程中会不断的报废单面涂层极片，影响更大。因此首检调试一般采用以下两种方案，减少调试报废率。第一，低速调试后换算成高速运行，比如涂布速度为70m/min时，首检调试可以采用30m或者50m的速度进行，这样会减少每次调试浪费的极片长度，当重量和尺寸调试到规格范围内，将供料泵速进行比例换算，如50m试涂时，泵速32rpm，重量第二，双面首检先采用单面调试，双面首检时，先用空箔试涂单面，将重量和尺寸基本调至规格范围后，换上单面极片调试，有利于提高调试成功率，降低报废率。颗粒划痕处理：涂布过程中，因浆料中存在颗粒或者干浆料，导致颗粒不能通过唇口，表面出现划痕；一般先采用快速往后拉动模头，增加刀距Gap的方式，将颗粒放过去；如连续两次都不能改善，则需要停机后用塞尺塞除颗粒。停机会造成停机位的增加，报废率增加，故一般先采用第一种方式处理。5常见异常处理方案序号常见异常常见原因及处理措施1膜区气泡1、中转罐漏气导致消泡不完全；---一般采用将浆料重新回中转罐消泡改善2、缓存罐进料未贴壁；---将缓存罐进料口贴壁后浆料重新打循环3、浆料或者粉体受到污染；---这情况很难通过消泡改善，需要将浆料分解为很多份，分散到其他正常浆料中消耗；2CIL气泡1、CIL粘度太高，消泡不彻底；---将CIL重新回搅拌罐搅拌，降低粘度重新消2、涂布停机时间过程；---涂布长时间停机后重新开机，上料系统中残留的CILFormNo.:PRJ-PI-000COATINGPROCESSMANUAL涂布工艺手册DOCNO.:会产生气泡，此时需要连续排料，将管道中的CIL排除；3、CIL消泡或者在缓存罐搅拌；---CIL搅拌容易产生气泡，故一般采用静置消泡的模式，如出现气泡，可静置重新消泡；3颗粒划痕1、模头长时间未清洗；---模头超过规定的清洗时间，未及时清洗，导致内部干浆料过多，需重新清新模头；2、滤芯破损；---高效滤芯出现破损后，大颗粒未能有效被过滤，需要重新跟换滤芯；3、滤芯堵塞压力过大；---滤芯长时间不更换或者清洗，导致压力增大，大颗粒被挤压通过，需要更换或者清洗滤芯；4、涂布模头刀距Gap过小；---刀距太小，对颗粒的敏感度增加，原本可以顺利通过的小颗粒，也造成划痕，需要重新安装垫片，增加刀距；4刮带1、颗粒多导致单面刮带；---浆料颗粒多，导致堵塞在唇口，刮破基材，可更换目数更高的滤芯，减少颗粒；2、铝箔来料打皱导致刮带；---铝箔张力不均，导致过胶压辊后出现打皱，经过唇口被刮破，需要更换基材或调试胶压辊，改善打皱；3、单面极片颗粒多导致双面刮带；---单面膜区颗粒多，未形成划痕，但凸起的圆颗粒过多，涂布双面易刮带，需改善单面颗粒；4、单面来料particle多；---单面涂布过程烘箱未清洁干净，导致particle落在极片上，双面刮带，需重新清洁单面烘箱；5、单面CIL未烤干；---单面CIL未烤干，在机尾经过过辊时沾辊，导致CIL不平整，经过双面时刮唇口，需要增加单面涂布烘箱温度；6、单面极片刮擦上风嘴；---单面涂布烘箱风频太大，极片抖动厉害，极片未完全干燥情况下，刮擦到上风嘴，导致料区形成凸起，双面刮擦唇口，需要调整单面涂布烘箱风频，保证极片没有刮上风嘴的风险；5泡泡纱1、膜区横向重量差异大；---涂布横向重量差异过大，导致收卷后不同位置的松紧度不一致，需要调整横向面密度一致性；2、烘箱风频过大；---干燥过程中，浆料流动过大，导致横向厚度一致性差，收卷后形成鼓包，需优化烘箱风频参数；61、主浆料串入CIL；---垫片设计缺陷，主浆料在腔体内部受压流到CIL区，需要优化垫片设计；2、CIL串入主浆料；---垫片变形或者垫块变形，导致垫片与上模头密封性变差，CIL在腔体内流动到膜区，需要更换垫片或者垫块；3、唇口螺丝未压紧；---两种浆料的接触位置，唇口螺丝未压紧，导致垫片与上下唇口的密封性变差，需压紧对应位置的唇口螺丝；7虚边1、浆料粘度过低；---主浆料和CIL粘度太低，两者接触后融合区域变大，需提高浆料的粘度，降低流动性；2、垫片孤岛宽度太窄；---两种浆料从孤岛两侧流出后，有更多的机会进行融合，需增加垫片孤岛尺寸设计；3、垫片安装太靠后；---垫片太靠后，两种浆料在唇口内部就开始融合，需要将垫片与前唇口平齐；8打皱1、铝箔来料张力不均；---箔材版型差导致经过涂布胶夹辊后出现打皱，需确认FormNo.:PRJ-PI-000COAT