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什么是鋰電池的精密涂布技術

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月10日  

精密涂布技術經過數十年的發展,許多應用已相對成熟,但以狹縫式模具涂布技術而言,其在目前或未來之光電,能源及生醫產業上,仍有關鍵性之運用。此項技術之未來發展方向,有一關鍵點,即涂布技術必須與產品相結合,本文以鋰電池陰陽極涂布為例,說明如何進行含高固體顆粒成分涂料之涂布,及同時進行多層涂布對改進產品性質之優勢。

所謂精密涂布技術,并沒有一個嚴謹的定義,只是一般業界的看法,在于涂膜均勻度的誤差在一微米附近。精密涂布技術之能執行,其關鍵在于對涂液物性的了解,選擇合適的涂布方法,和由精密金屬加工制成的硬設備。精密涂布技術發展最關鍵的里程碑,是1954年美國柯達公司由Beguin所提出之狹縫式模具涂布技術(slotdiecoatingtechnology,SDCT)。此項技術之示意圖可以參考圖1,其中涂液會經一狹縫式涂布模具展開成為一寬廣而均勻的液膜,然后涂布于移動的基材上,再進入烘箱,使涂液固化或干燥。

精密涂布技術

圖1狹縫式模具涂布技術

狹縫式模具涂布技術之優點在于如果模具設計制作合宜,則涂液形成之液膜均勻度極佳,其可適應涂液物性,尤其是黏度變化范圍之相當大,同時因其為密閉式之涂布方式,如涂液為溶劑型,對環境污染較小。SDCT技術由柯達所發明,其后延伸至如圖2所示之斜板式多層涂布技術及圖3所示之淋幕式涂布技術,斜板式技術最適用于傳統照相膠卷之生產,已逐漸過時,但淋幕式涂布技術仍有相當重要的發展,目前可能是全世界最快的涂布技術之一。

精密涂布技術

圖2斜板式多層涂布技術

精密涂布技術

圖3淋幕式涂布技術

至于狹縫式模具涂布技術本身之變化及延伸技術,包括了條紋式涂布、方塊式涂布、及與斜板式技術之結合和同時進行多層涂布等,在先進光電產業上,有關鍵性的運用。

至于對于此一項技術的學理探討,最早由Ruschak提出了操作窗口(operatingwindow)的概念,即一可穩定操作在最小涂膜厚度之上的范圍,因為SDCT最大的困難之一是不適合涂太薄。其后劉大佼教授之研究群和Carvalho之研究群,在此一領域也發展了不少論文。本實驗室的論文有較多實驗之結果,但綜合而言,理論與學理分析,所用之流體模式都相對單純,與工業上實際運用的各種涂液,仍有一段差距。對于加工技術未來的發展,筆者以為要回到最基本的問題及目標;化學工程師以制作產品為主,某種加工技術只是制作產品中的一環而已。要制作一個好的產品,必需要有整體觀,即制作產品的每一環,都必須環環相扣,才能得到好的產品。以涂布產品而言,單獨涂布加工技術優良是不夠的,必須配料、運送、過濾、涂布、干燥,收放卷,每一環都符合理想才行。這其實是1980年代美國化工學會的期待,化學工程師的角色應從一制程工程師(processengineer),轉成一產品工程師(productengineer)。

筆者以下將以鋰電池陰陽極之制作的過程為實例,說明產品性質與加工技術之間的關系,同時因為所用涂料與真實工業用品相距不多,直接反應到工業上之運用之可行性很高,可能對國內工業界在此一領域之發展,有一定之幫助。

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