리튬 배터리 슬롯다이 코팅의 일반적인 결함 분석

리튬 이온 배터리 코팅의 결함은 코팅 슬러리, 코팅 창, 코팅 건조 과정의 세 가지 주요 부분에서 발생합니다.

• 슬러리 제조 공정에서 불완전한 분산은 응집된 입자를 발생시키고, 불충분한 철 제거 여과는 금속 파편을 발생시키며, 불완전한 진공 탈기는 수많은 기포를 남깁니다. 이에 따른 코팅 결함으로는 응집물, 금속 입자 오염, 핀홀, 오렌지 껍질 등이 있습니다.
• 코팅 공정 변수(슬러리 체적 유량, 코팅 속도, 슬롯 갭 등)가 코팅 윈도우를 초과하면 공기 혼입, 처짐, 주기적인 수평 줄무늬 및 수직 줄무늬가 발생할 수 있습니다. 또한, 공급 펌프, 코팅 롤 등의 주기적인 진동도 주기적인 수평 줄무늬를 생성할 수 있습니다.
• 코팅 건조 공정 중 건조 온도가 지나치게 높으면 바인더와 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 이동, 두꺼운 모서리, 균열.

안정적이고 균일한 코팅을 형성하려면 코팅 공정 중에 다음 조건이 동시에 충족되어야 합니다.
① 슬러리 특성이 안정적이며, 침전물이 없고, 점도, 고형분 함량 등의 변화가 없습니다.
② 안정적인 슬러리 공급으로 다이 내부에 균일하고 안정적인 유동 상태를 형성합니다.
③ 코팅 공정은 코팅 창 내에서 진행되므로 다이와 코팅 롤 사이에 안정적인 흐름장이 형성됩니다.
④ 안정적인 포일 움직임, 웹 미끄러짐, 심한 진동 또는 주름이 없습니다.

코팅막 결함에는 다양한 유형이 있으며, 그 원인은 다양합니다. 본 논문에서는 리튬 이온 배터리용 슬롯다이 코팅에 중점을 두고, 몇 가지 일반적인 결함을 분석하고 그에 따른 해결책을 제시합니다. 일반적인 결함에는 점 결함, 모서리 효과, 들쭉날쭉한 결함이 있습니다.

I. 점 결함

1. 핀홀
정의: 코팅 건조 과정에서 재료의 기공 내부에서 빠져나온 공기가 구멍을 형성하는 결함입니다. 습윤 도막의 기포가 내층에서 도막 표면으로 이동하여 파열되어 핀홀 결함을 형성합니다. 기포는 주로 교반, 코팅액 이송, 그리고 코팅 공정에서 발생합니다.
개선 조치: 진공을 가하고 분산성이 좋고 성능이 안정적인 CMC를 선택하여 고형분 함량, CMC와 SBR 비율 등을 조절하고 교반 속도와 시간을 조절합니다.

2. 크레이터(수축공)
정의: 기판 표면의 낮은 표면장력 반점으로 인해 발생하는 결함입니다.
다양한 입자(먼지, 기름 얼룩, 금속 입자 등)에 의해 발생합니다. 이물질이 존재하면 입자 표면의 습윤 필름에 표면 장력이 낮은 영역이 생성됩니다. 액체 필름은 입자 주위를 방사형으로 이동하여 아래 그림과 같이 크레이터 모양의 점 결함을 형성합니다.
개선 조치: 코팅액의 철분제거를 위한 여과, 환경먼지 제어, 기판표면 청소.

3. 양극 코팅 기포

응집체 입자 돌출: 슬러리가 균일하게 교반되지 않고 전도성 물질이 분산되지 않아 응집체를 형성하면 이러한 유형의 결함이 발생합니다. 아래 그림과 같이 전극 표면에 큰 돌출 영역이 나타납니다. 이 영역을 확대하여 관찰하면 전도성 물질의 응집체임을 알 수 있습니다.
개선 조치: 슬러리 교반 과정을 개선하여 이를 제거하세요.

4. 오렌지 껍질
정의: 코팅이 오렌지 껍질의 질감과 유사한 표면 외관 결함입니다.
원인: 코팅 과정에서 용매의 증발로 인해 여러 영역에서 온도 차이가 발생하여 슬러리의 상층과 하층 사이에 농도 차이가 발생합니다. 이로 인해 표면 장력 구배와 자연 대류 현상이 발생하여 코팅 용액이 이동하게 되고, 궁극적으로 코팅 표면이 고르지 않고 오렌지 필 결함이 발생합니다. 오븐에서 건조 속도가 너무 빠르거나 열풍 속도가 높으면 용액이 평탄화되기 전에 조기에 응고되어 오렌지 필 결함이 발생할 수 있습니다.
개선 조치:

1. 건조 속도를 줄여 용액이 평평해질 때까지 충분한 시간을 두세요.
2. 온도와 농도 차이를 줄이기 위해 용액에 휘발성이 낮은 용매, 계면활성제 등을 첨가합니다.

II. 선 결함

1. 긁힘
정의: 아래에 표시된 것처럼, 날카로운 물체와의 접촉으로 인해 코팅 표면은 길이가 다양하고 측면이 불규칙한 선형 홈으로 긁힙니다.
가능한 원인: 슬롯 갭이나 코팅 갭에 큰 입자 응집물, 이물질 또는 큰 입자가 끼어 있음; 기판 품질 불량으로 인해 이물질이 코팅 롤과 백킹 롤 사이의 코팅 갭을 막음; 다이 립 손상. 또한, 장비 작동 중 장력 불균형이나 오븐 공기량 부족으로 인해 전극이 이동 중에 긁히거나 스크래치 라인 결함이 발생할 수 있습니다.
개선 조치: 립이나 코팅 갭에서 입자를 제거하고, 필터를 교체하고, 다이 립을 검사하십시오. 스크래핑으로 인해 문제가 발생한 경우, 라인을 정지하여 문제를 해결하고, 스크래핑 위치를 찾고, 장애물을 제거하거나, 오븐 공기량을 적절히 조절하여 전극의 건조도를 유지하면서 스크래치 라인 결함을 해결하십시오.
슬러리 속의 큰 입자: CMC를 조정하고 교반 시간을 늘리십시오. 균일한 CMC를 사용하여 용해성이 우수하고 섬유 잔류물과 겔화가 최소화되었으며, 수화 효과가 우수하여 재료 입자를 잘 분산시킬 수 있습니다. 교반 시간을 늘리고, 스크린에 남아 있는 연질 입자를 제거하여 슬러리를 체질하십시오.

2. 수직 줄무늬
정의: 아래에 표시된 바와 같이 기판의 진행 방향과 평행하게 코팅에 나타나는 줄무늬 결함은 길이 방향으로 연속적으로 확장됩니다.
가능한 원인: 일반적으로 코팅 창의 상한 속도 근처에서 발생하며, 얇은 코팅에서 더욱 두드러집니다. 포일 표면에 슬러리가 고르지 않게 분포됩니다.
개선 조치: 슬러리 점도를 조절합니다(균일한 분산을 위해 과도한 분산제를 첨가하면 점도가 너무 높아질 수 있습니다. 비뉴턴 유체 거동으로 인해 슬러리가 코터에서 호일 표면으로 옮겨진 후 수평이 잘 맞지 않아 고르게 퍼지지 않습니다). 코팅 속도를 줄입니다(속도를 줄이면 슬러리가 "탄성"을 잃고 즉시 수평이 맞춰집니다). 코팅 롤과 백킹 롤 사이의 코팅 간격을 줄입니다. 적절한 용량의 잘 분산되는 분산제를 사용합니다.

3. 수평 줄무늬
정의: 기판의 진행 방향에 수직으로 웹 너비를 가로지르는 코팅에 나타나는 줄무늬 결함입니다.
가능한 원인: 기계적 진동, 웹 속도 변동, 슬러리 공급 흐름의 주기적 변동.
개선 조치: 기계적 교란 빈도가 수평 줄무늬 발생 빈도와 일치하는지 확인하세요.

4. 물결 모양 가장자리
정의: 코팅 가장자리에 물결 모양의 줄무늬가 나타나는 것이 특징인 결함입니다.
물결 모양 가장자리 결함은 두 가지 주요 원인으로 인해 발생합니다. 하나는 포일과 관련이 있습니다. 예를 들어, 포일 표면 거칠기, 포일 산화, 운송 또는 풀림 중 2차 오염 등이 물결 모양 가장자리 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제가 발생하면 코팅을 위해 새 포일로 교체하십시오. 또 다른 이유는 슬러리 점도와 심 연장 사이의 불일치입니다. 코팅 중 공급 탱크의 장시간 교반으로 인해 점도가 감소하거나, 교반 중 전도성 물질의 습윤성이 저하되어 슬러리 점도에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 점도 변화(감소)는 현재 심 연장이 더 이상 적합하지 않음을 의미합니다. 점도 감소로 인한 물결 모양 가장자리 문제를 해결하려면 더 큰 연장 심으로 교체하십시오.

5. 크래킹
정의: 코팅 표면에 엇갈린 균열이 나타나는 결함입니다.
원인: 과도하거나 너무 빠른 건조. 정지 중 전극의 여러 부분이 불균일하게 가열되어 일부 가장자리는 너무 빨리 건조되고, 다른 가장자리는 너무 느리게 건조됩니다. 코팅 내부에 생성된 내부 응력이 완전히 해소되지 않으면 균열이 발생합니다.
개선 조치: 건조 시간과 속도를 조절합니다. 고체 함량을 조절합니다(고형 함량이 낮으면 코팅이 너무 빨리 과도하게 건조되어 컬링과 균열이 발생할 수 있음). 코팅 재료의 장력으로 인해 균열이 발생하는 경우 오븐 공기 흡입구를 조절하여 균열을 제어합니다.

III. 엣지 효과

1. 두꺼운 모서리(모서리 쌓임)
정의: 코팅 폭의 양쪽 가장자리에서 코팅 두께가 평균 두께보다 두꺼운 결함입니다. 가장자리는 두껍고 중앙은 얇은 경우가 많습니다. 즉, 두꺼운 가장자리입니다.
원인: 표면 장력에 의한 대량 이동. 아래 그림과 같이, 처음에는 습윤 필름의 가장자리가 더 얇고 용매가 중앙보다 더 빨리 증발하여 가장자리의 고형분 함량이 급격히 증가합니다. 가장자리의 표면 장력은 중앙 습윤 필름의 표면 장력보다 훨씬 커집니다. 가장자리의 더 큰 표면 장력과 더 빠른 용매 증발은 액체를 안쪽에서 가장자리로 이동시켜 건조 후 두꺼운 가장자리를 형성합니다.

두꺼운 모서리 현상은 바람직하지 않은 결함입니다. 이를 예방하고 완화하기 위한 조치는 다음과 같습니다.
① 슬러리 유량이 일정할 때 슬롯 크기를 줄이면 다이에서 슬러리 배출 속도가 증가하여 슬러리의 항력비가 감소하고, 이로 인해 두꺼운 가장자리의 두께가 감소합니다. 그러나 슬롯 크기가 작을수록 다이 내부 압력이 높아져 다이 립 부풀음이 발생하기 쉽고, 이로 인해 코팅 두께 균일도가 불균일해지므로 더욱 정밀한 코팅 장비가 필요합니다.
② 코팅 갭을 줄이는 것은 두꺼운 모서리의 두께와 너비를 제한적으로 줄일 수 있다.
③ 건조 중에 슬러리가 가장자리로 흐르는 것을 억제하기 위해 계면활성제를 첨가하는 등의 방법으로 슬러리의 표면 장력을 낮춥니다.
④ 슬롯 심의 출구 형상을 최적화하여 슬러리의 흐름 속도 방향과 크기를 변경하고, 에지 슬러리의 응력 상태를 감소시키며, 슬러리의 에지 팽창 효과를 약화시킨다.

[내부 링크 제안: 정밀 코팅 장비에 대한 제품 페이지에 "고정밀 코팅 장비"를 링크하고, 재료 공급 또는 기술 지원 페이지에 "슬러리 속성"을 링크하세요.]

2. 엣지 디프레션
정의: 에지 디프레션 유형의 선 결함과 유사합니다.
원인: 엣지 디프레션 라인 결함을 유발하는 주요 요인은 코팅 압력과 관련이 있습니다. 다이 캐비티 내부의 코팅 압력이 상대적으로 낮으면 전극 코팅의 가장자리 위치에서 엣지 디프레션이 발생합니다.
개선 조치: 한 가지 방법은 다이 캐비티 양쪽에 테플론을 첨가하여 엣지 코팅 압력을 높이고, 엣지 코팅 양을 개선하며, 엣지 함몰을 해결하는 것입니다. 다른 방법은 심 두께를 줄여 캐비티 코팅 압력을 높이고 엣지 함몰을 방지하는 것입니다.

3. 주름
정의: 건조 과정 중 코팅에 주름이 생기는 결함입니다.

주요 요인으로는 풀기/되감기 장력, 롤 비율, 구리 호일 사양(넓고 얇은 유형에서 더 일반적), 되감기 샤프트 직경, PET 필름 권취 밀도 등이 있습니다.
개선 대책: 장력 곡선을 최적화하고, 롤 비율을 변경하고, 조절 롤을 조정하고, 롤 위에 PET 필름을 감는 밀도를 높입니다.

4. 약한 모서리 / 퍼지 모서리
정의: 코팅된 소재와 가장자리 소재 사이의 색상 차이가 작고, 경계가 명확하지 않습니다. 가장자리가 약해서 가장자리 감지가 부정확하면 거리 측정이 부정확해지고, 결국 후속 편차 보정 연계에 영향을 미칩니다.
원인: 재료가 좌우로 흔들림; 다양한 재료/슬러리는 서로 다른 회색조를 가짐; 코팅 가장자리의 외관 결함으로 인한 간섭 등.
개선 조치: 이미징 시스템과 엣지 감지 알고리즘을 최적화합니다.

기타 일반적인 코팅 결함으로는 공기 유입, 횡파, 처짐, 개울, 팽창, 웅덩이 등이 있습니다.

코팅 결함의 복잡성

코팅 결함은 원인부터 제거 방법, 심지어 제어 방법까지 매우 복잡합니다.

첫째, 결함을 유발하는 요인은 복잡합니다. 코팅 공정의 모든 단위 작업이나 공정 단계는 코팅 품질에 영향을 미쳐 최종 제품의 품질 결함으로 이어질 수 있습니다. 결함 유발 요인의 직접적인 영향 외에도, 여러 요인 간의 상호 작용 또한 결함을 유발할 수 있습니다.

둘째, 결함의 원인을 정확히 파악하는 것은 복잡합니다. 결함은 동일한 공정 단계에서 나타날 수도 있고, 여러 공정 후에만 나타날 수도 있습니다. 코팅 단계에서 코팅 줄무늬가 발견되는 경우도 있지만, 혼합 또는 오염 결함은 건조가 완료된 후에야 눈에 띄게 나타납니다. 기판 결함조차도 최종 제품을 되감거나 슬리팅한 후에야 감지될 수 있습니다.

셋째, 결함 발생은 무작위적입니다. 결함은 실험실 규모의 슬러리 제조부터 파일럿 코팅, 그리고 대량 생산에 이르기까지 제품 개발 주기의 어느 단계에서나 발생할 수 있습니다. 각 단계마다 결함이 다를 수 있으며, 초기 단계에서 결함을 제거했다고 해서 다음 단계에서도 결함이 없다는 보장은 없습니다. 더 복잡한 문제는, 유사한 외관의 결함은 여러 가지 원인으로 발생할 수 있으며, 기포, 반점, 잔물결처럼 그 원인이 매번 다를 수 있다는 것입니다.

마지막으로, 결함은 코터의 초기 설계와 코팅 생산 라인의 각 하드웨어 장치의 성능에 의해서도 결정될 수 있습니다. 코터가 원래 맞춤 제작된 제품에는 적합할 수 있지만, 제품 변경이나 비용 변동으로 인해 코터가 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다.

위 분석은 리튬 이온 배터리 전극 코팅의 복잡한 과제를 보여줍니다. 일관되고 고품질의 결과를 얻으려면 심도 있는 기술 지식뿐만 아니라 정밀 장비, 안정적인 소재, 그리고 완벽하게 통합된 생산 라인이 필요합니다.

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