Wie lässt sich die Gleichmäßigkeit der Beschichtung einer Lithiumbatterie kontrollieren?

Die Kontrolle der Gleichmäßigkeit der Beschichtung von Lithiumbatterien umfasst mehrere Faktoren in verschiedenen Bereichen wie Personal, Maschinen, Materialien, Methoden und Umgebung. Die grundlegenden Faktoren hängen jedoch direkt mit den Bedingungen des Beschichtungsprozesses zusammen, einschließlich des Beschichtungssubstrats, des Klebstoffs, der Beschichtungsstahlwalze/Gummiwalze und der Laminiermaschine.

1. Beschichtungssubstrat: Schlüsselfaktoren sind Materialart, Oberflächeneigenschaften, Dicke und Gleichmäßigkeit.

2. Klebstoff: Zu den wichtigsten Überlegungen zählen seine Arbeitsviskosität, Affinität und Haftung an der Substratoberfläche.

3. Beschichtungsstahlwalze: Als direkter Träger des Klebstoffs und Stützmaßstab für das Beschichtungssubstrat und die Gummiwalze ist sie der Kern des gesamten Beschichtungsmechanismus. Faktoren wie geometrische Toleranz, Steifigkeit, dynamische und statische Gleichgewichtsqualität, Oberflächenqualität, Temperaturgleichmäßigkeit und Wärmeverformung beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Beschichtung.

4. Gummiwalze zum Beschichten: Die Gummiwalze ist eine wesentliche Variable für die Beschichtungsqualität. Ihr Material (z. B. Haltbarkeit der Gummischicht), Härte, geometrische Toleranz, Steifigkeit, dynamische und statische Balancequalität, Oberflächenqualität und Wärmeverformung beeinflussen ebenfalls die Gleichmäßigkeit der Beschichtung.

5. Laminiermaschine: Sie dient als Grundplattform für die Beschichtung. Neben der Präzision und Empfindlichkeit des Anpressmechanismus der Beschichtungsstahlwalze und der Gummiwalze umfasst sie auch die Betriebsgeschwindigkeit und die allgemeine Maschinenstabilität.

Die Einflussfaktoren auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung sind in Quer- und Längsrichtung unterschiedlich und erfordern unterschiedliche Kontrollmaßnahmen. Diese Maßnahmen betreffen sowohl die Konstruktion und Herstellung der Maschine als auch die Betriebs- und Prozesskontrolle.

In der Praxis sind für die Gewährleistung einer gleichmäßigen Beschichtung sowohl technische Anpassungen der Maschinen als auch präzise Betriebsabläufe erforderlich.

Laterale Gleichmäßigkeit der Beschichtung und deren Kontrolle

Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung in Breitenrichtung wird hauptsächlich durch folgende Faktoren beeinflusst:

1. Geometrische Toleranz von Stahlwalzen und Gummiwalzen.
2. Anpressdruck zwischen Stahlwalzen und Untergrund.
3. Seitliche Verteilung des Klebstoffs, hauptsächlich bezogen auf die Viskosität des Klebstoffs und die entsprechende Übertragungsrate. Diese wird umfassend durch die ersten beiden Faktoren und die Arbeitsviskosität des Klebstoffs bestimmt.

Der wichtigste Maßstab zur Gewährleistung der Beschichtungsgenauigkeit ist die geometrische Toleranz und Steifigkeit der Stahlwalze. Während des Betriebs wirken sich die geometrische Toleranz, Steifigkeit, Unwuchtgenauigkeit, Montagegenauigkeit und das eingebaute Heiz- und Isoliersystem der Stahlwalze direkt auf den Zustand des Klebstoffs aus und beeinflussen dadurch die Übertragungsrate und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Daher ist die Entwicklung und Auswahl hochpräziser, verschleißfester Stahlwalzen eine grundlegende Aufgabe.

Gummiwalzen, insbesondere die Beschichtungsgummiwalze, sind der wichtigste Einflussfaktor oder die wichtigste Einflussvariable für die seitliche Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Material, geometrische Toleranz, Steifigkeit, Härte der Gummischicht, dynamisches Gleichgewicht der Gummiwalze, Stützstruktur, Druckeinstellung und andere Faktoren beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Beschichtung erheblich. Da es sich um eine schlanke Welle handelt, ist die Steifigkeit der Gummiwalze der stärkste Einflussfaktor. Aus Nutzungssicht ist die Sauberkeit der Gummiwalzenoberfläche ebenfalls eine wichtige Produktionsvariable, die die Gleichmäßigkeit der Gummiwalzenbeschichtung beeinflusst. Daher müssen die Qualität und Wartung von Gummiwalzen sorgfältig kontrolliert werden.

Wie aus der obigen Analyse hervorgeht, wird es umso schwieriger, eine gleichmäßige Beschichtung sicherzustellen, je breiter das Substrat oder die Beschichtungsbreite ist. Wenn die Beschichtungsbreite einen bestimmten Wert erreicht, kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtung zur größten Herausforderung für die Präzision der gesamten lösungsmittelfreien Laminiermaschine werden.

Längsgleichmäßigkeit der Beschichtung und deren Kontrolle

Die Längsgleichmäßigkeit der Beschichtung, auch Gleichmäßigkeit entlang der Vorschubrichtung des Substrats genannt, wird von verschiedenen Faktoren bestimmt, darunter:

• Untergrundart, Oberflächenqualität und deren Konsistenz;
• Betriebsgeschwindigkeit der Maschine, Anzahl und Häufigkeit von Geschwindigkeitsänderungen;
• Viskositätszustand des Klebstoffes, insbesondere Viskositätsbeständigkeit bei Dauerbetrieb;
• Qualität der Gummiwalze, insbesondere ihre Elastizität, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit;
• Regelmechanismus und Aufbau der Klebstoffauftragsmenge in der lösemittelfreien Laminiermaschine;
• Aufbau des Klebstoffauftragssystems in der Laminiermaschine;
• Unter anderem Umweltfaktoren.

Unter normalen Bedingungen, wenn die Maschine mit stabiler Geschwindigkeit läuft, bleibt die Übertragungsrate des Klebstoffs konstant, was zu einer gleichmäßigen Beschichtung führt. Beim Beschleunigen oder Abbremsen kann sich die Übertragungsrate des Klebstoffs jedoch leicht bis deutlich ändern, was sich auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auswirkt. Daher muss das Design der Maschine eine entsprechende Vorverarbeitung beinhalten, um die Auswirkungen häufiger Starts oder Geschwindigkeitsänderungen auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung zu minimieren.

Das Pressen von Stahl- und Gummiwalzen führt nicht nur zu Biege- und Druckverformungen, sondern auch zu thermischen Verformungen nach Dauerbetrieb. Diese Verformungen wirken sich auf die Druckverhältnisse und die Kontaktbreite im Kontaktbereich aus und beeinflussen in der Folge die Übertragungsrate und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Material und Härte der Gummiwalze wirken sich manchmal erheblich auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung aus. Daher müssen die Auswirkungen dieser Verformungen bei der Maschinenkonstruktion sorgfältig berücksichtigt werden, wobei der Schwerpunkt auf der Auswahl und Konstruktion hochwertiger, langlebiger Gummiwalzen liegt.

Die Dauer der Ausfallzeit während des Prozesses wirkt sich auch auf die Viskosität des Klebstoffs im Leimbehälter und auf den Gummi- und Stahlwalzen des Beschichtungssystems aus und kann sich somit auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auswirken. Daher ist es wichtig, die Ausfallzeit zu kontrollieren, um übermäßige Viskositätsanstiege im Klebstoff zu verhindern.

Der Kontrollmechanismus und die Struktur des Klebstoffauftragsvolumens in lösungsmittelfreien Laminiermaschinen sind wichtige, aber oft übersehene Faktoren, die die Längsgleichmäßigkeit der Beschichtung beeinflussen. Die Methode zur Einstellung und Kontrolle des Klebstoffvolumens hat erhebliche Auswirkungen auf die Kontrollgenauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit.

Moderne lösemittelfreie Laminiermaschinen verwenden beispielsweise typischerweise Mehrwalzen-Transferbeschichtungsverfahren, bei denen die Klebstoffmenge durch Geschwindigkeitsunterschiede gesteuert wird. Einige Maschinen regeln die Klebstoffmenge jedoch durch Änderung der Dosierintervalle, was normalerweise zu langsamen Reaktionsgeschwindigkeiten und geringer Beschichtungspräzision und -gleichmäßigkeit führt.

Bei bestimmten lösungsmittelfreien Laminiermaschinen kann die Klebstoffauftragsbreite nicht kontinuierlich oder beliebig eingestellt werden, oder die Klebstoffauftragsbreite weicht von der Auftragsbreite ab, was zu toten Zonen (Bereiche in der Nähe von Klebstoffdämmen) im Klebstofftank führt. Mit der Zeit kann die Klebstoffkonzentration in der Nähe der Klebstoffdämme zunehmen oder trüb werden, wodurch die Klebstoffübertragungsrate lokal (an den Rändern) reduziert wird und die Übertragungsgleichmäßigkeit direkt beeinträchtigt wird. Dies führt zu einer geringeren Klebstoffmenge in bestimmten Bereichen, typischerweise an den Rändern im Vergleich zum mittleren Bereich. Diese Art von Ungleichmäßigkeit, die sich hauptsächlich als seitliche Ungleichmäßigkeit manifestiert, wird durch kontinuierlichen Betrieb verursacht und kann sich je nach Zeitpunkt der Klebstoffzugabe wiederholen. Daher ist es wichtig, Laminiermaschinen mit rationaler Klebstoffmengenkontrolle und der Möglichkeit zur beliebigen Einstellung der Klebstoffauftragsbreite auszuwählen.

Bei längerer kontinuierlicher Produktion werden Umweltfaktoren deutlicher, da sich Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit und Temperatur bis zu einem gewissen Grad auf die Bedingungen bei der Klebstoffbeschichtung auswirken können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine gleichmäßige Beschichtung nur erreicht werden kann, wenn sowohl die Quer- als auch die Längsgleichmäßigkeit gewährleistet sind. Während die Quergleichmäßigkeit oft stärker von der Maschine selbst beeinflusst wird, ist die Längsgleichmäßigkeit aufgrund der Vielzahl von Faktoren, die sie während der Langzeit- oder Massenproduktion beeinflussen, schwieriger zu kontrollieren.

Natürlich variieren die Hauptfaktoren, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinflussen, über kurze, mittlere und lange Zeiträume hinweg, sodass je nach Szenario entsprechende Maßnahmen erforderlich sind.

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