随着新能源产业的迅速崛起,锂电池的扩产需求也越来越迅猛,作为锂电池制作前段工序的核心环节,涂布可以说是锂电制造工序中的重中之重。
双层挤压涂布机
而在涂布机工序过程中常容易出现外观问题,如干裂、条纹、色差、鼓边、打皱等,其中打皱出现的频率大,且对设备、工艺参数要求高。今天从设计、制造、安装、调试、使用五个方面分析起皱的原因及解决方案,供锂电技术人员提供参考。
设计阶段,通过精确计算、数字仿真,预测并解决涂布打皱①辊子直径、间距、包角啊等经过严格计算和设计,保证极片运行状态正常不起皱;
②极片速度、张力、纠偏角度要符合设计标准;
③烘箱内部是一个复杂的空气流体环境,空气的温度、流向、速度等,都会引起极片起皱,通过数字仿真计算,可以在设计阶段就准确预测这些问题并着手解决。
④气涨轴偏心,气涨轴一旦发生一边有气一边没气的情况,整体的卷姿便会发生偏心。从侧向微观上来看,是由长方形变成了“子弹头形”。生产受力在紧的一头,扁的一头处于松弛状态,从而形成受力松紧不一的情况导致褶皱。
制造阶段,通过高制造水平消除涂布打皱①过辊辊面粗糙度超差,辊面不够光滑,有明显的加工纹理时也会造成箔带打皱,高精度的制造水平可以避免打皱;
②烘箱风嘴制造水平不够时,会造成风力不均匀,极片无法按照设计路线行进,造成剐蹭风嘴起皱。
③辊紧固螺钉松动原因造成各辊的平行状态被破坏,此时会出现打皱现象。高质量的制造水平可以为设备提供保证。
安装阶段是设备良好运行的关键阶段①假如涂布机整体安装精度偏低,各部件安装中心偏离整机设计中心线,或与设计中心有夹角,箔带会严重打皱,通过调整可以解决问题;
②过辊之间平行度超差会造成箔带打皱,须仔细检查究竟是垂直投影面不平行还是水平面不平行,然后加以调整。
调试阶段需与供应商合力消除打皱,达到设备运行最佳状态①背辊及各过辊粘有异物或使用过多的水。需要经常检查,及时发现并清理,并注意不要损伤辊面;
②箔带接头不良,箔带两边张力不平衡时极片打皱,先调整涂布头下方的张力调节辊,待箔带逐渐平稳后再把调整辊调整到原来状态;
③压辊和涂辊临近接触时两端的间隙不一致时极片打皱。不管涂第一面还是第二面,操作员都要仔仔细细的调整此间隙;
④压辊的橡胶辊表面在使用过程中会发生周期性的弹性形变,当出现一定程度的形变残留时,也会出现打皱,此时须更换新品。
⑤背辊拉开行程不一致时极片打皱。需要机修人员进行检查,确认和调整,背辊和涂辊拉开后两边间隙均为1mm(看百分表)时开始试涂,拖尾合格时,锁紧螺母。
使用阶段维持好设备状态,确保设备各项功能正常,精细化管理过程变化①纠偏系统异常,会出现极片打皱。检查前后三处纠偏系统,是否处于自动状态。箔带两侧长度不一致即镰刀弯过大时也会出现极片打皱,超出了纠偏能力,只好更换箔材。
基材运行时,其边缘位置由于不能稳定地固定在一个位置上行走,会出现“蛇形”现象,因此需要设定纠偏装置来防止偏歪。但若纠偏位置匹配不当或校正不合理,则会发生强制性纠偏,此现象不是因为涂布过程中的自然走形,而是因为放卷位置与收卷位置不在一条线上而发生的强制性纠偏。该情况对于生产线长度偏短的生产线而言更加敏感,而对于长度稍长的生产线由于缓冲空间较大,会在生产过程中发生累计纠正,最终不影响整体生产状态。
料线调整:将所有纠偏调试到居中状态,然后将所有纠偏设置在手动状态(关闭纠偏功能),让极片走位到稳定位置后打开纠偏,做好纠偏位置标识,并作为放卷、出料、收卷的固定位置。
②极片张力过大时极片打皱。张力过大,箔材被拉伸起拱,过包角辊或胶压辊容易起皱。张力过小,箔材整体松懈状态,通过过辊表面时,未贴合过辊,在过包角辊或胶压辊容易起皱。
如果基材存在纵向的松紧,在涂布过程中由于张力辊(跟踪辊)的作用会存在松紧变化,引起起皱。设备方面电机运行频率波动大也会影响整个生产过程中的松紧变化,从而引起起皱。应检查张力设定值是否合理。再检查各传动辊,收放卷辊的转动是否灵活,及时处理不灵活辊子。若是基材自身的问题则直接更换基材;若是工艺上张力设定过大则适当降低张力;若是设备问题则需要维护或更换备用配件。
由原因引起的褶皱主要为竖向和斜向。竖向褶皱原因:过程张力过大,复合时无法展平,上下基材复合后起皱。斜向褶皱原因:过程张力过大、纠偏不当,造成基材本身松紧不一,受力不均匀,有规律地向松的一边皱叠。基材厚度越小则张力越小,基材门幅越窄则张力越小。若没有遵循该原则,张力不匹配则容易出现起皱;恒张力放卷、锥度张力收卷是一般生产中采用的张力设定原则,若设定不合理则容易在生产过程中随着卷径的变化而出现褶皱。
③涂布单双面对齐度超限也会造成极片打皱,使用过程中,严格控制AB面对齐度
④风频过大,烘箱上下出风口风量不平衡,导致膜片在烘箱内受力不均匀,在烘箱内抖动大,造成极片开裂,严重时出现打卷。调整涂布上、下风嘴开合量,控制出风量,直至涂布带料经过每段烘箱时,平稳无抖动。
⑤另外箔材自身的张力不均匀也会引起起皱。涂布过程中,基材不论是自产或者外购,都已是成卷的材料。有横向的宽幅单边松紧差异,生产过程中张力作用在紧的一边,收卷时松的一边成为蓬松状态而产生起皱;有纵向的松紧波动,生产过程中由于跟踪辊的速度差导致涂布过程上胶不均匀。可以直接更换基材或适当加大基材的放卷张力,但不可过大。
实际生产中,产品不同或者涂布方式不同都会引起起皱现象,甚至也有可能出现超出本文描述的起皱范畴,这就要求操作人员平时细心观察、及早发现,技术人员及时分析案例、做好总结,从而避免各类原因造成的起皱问题,保证产品质量稳定。