在锂电池制造中,涂布是极片制造的关键工序。具体而言,正负极浆料在一定压力与流量下从涂布模头狭缝挤出,均匀转移至基材表面。而极片面密度均一性是衡量这一过程质量的核心指标,也是影响电芯一致性的关键因素。
作为涂布的核心部件,涂布模头通常由上模、下模及介于两者之间的垫片组装而成,三者配合形成涂布狭缝。
在实际涂布过程中,受流道设计、狭缝间隙均匀性、涂布宽度、浆料流量与流变特性等多因素耦合影响,易造成涂布横向厚度不均。
因此,要实现均匀稳定的涂布效果,不仅依赖涂布模头自身的流道与狭缝设计,还需对横向各分区的流道阻力或唇口间隙进行精准调节,以改善横向流量分布。这一调节能力既是实现均匀稳定涂布的关键,也是曼恩斯特多年来在流道设计、精密加工与调节机构开发等领域自主创新能力的综合体现。
01
精准控制
从无调节到全自动
围绕均匀稳定涂布这一核心目标,曼恩斯特形成了覆盖无调节、手动调节及全自动调节的涂布模头产品矩阵。其涂布模头不仅平面度、直线度等关键机械指标行业领先,更在定制化设计与耐腐蚀性方面具备差异化优势。
无调节涂布模头
无调节涂布模头不设调节机构,其横向面密度均一性主要依靠涂布模头内流道设计、狭缝间隙均匀性以及平面度、直线度等加工精度保证。该涂布模头主要适用于流动性好的浆料体系,以及与连续、间歇工艺均兼容的通用场景。
差动螺纹涂布模头
差动螺纹涂布模头通过在上模设置调节螺栓,利用差动螺纹机构实现微米级调节——通过螺杆顶推上模唇产生弹性形变,改变局部唇口间隙,使通过该位置的浆料流量发生变化,达到调节横向面密度的目标。
差动螺纹调节原理动画
推拉杆涂布模头
推拉杆调节涂布模头则是通过推杆与拉杆动作使下模唇口产生微米级上下形变,从而改变浆料从涂布模头挤出时的流量,实现横向面密度均一性控制。
推拉杆调节原理动画
微分头涂布模头
微分头调节涂布模头在横向面密度控制上,依靠上模沿幅宽方向排列的多个独立微分头进行调节。
即通过千分尺带动T型截流块进行上下平移,改变该位置流道截面积,从而调节浆料唇口流量,可对各分区进行独立设定,实现面密度的多点量化调控。具有位移调节可量化、可复现的特点,且支持升级为全自动调节方案。
微分头调节原理动画
双调节涂布模头
双调节涂布模头将微分头与推拉杆两种调节方式组合于一体,上模由微分头驱动T型截流块平移,改变对应分区流道截面积和阻力;下模由推拉杆调节唇口弹性形变,改变局部唇口间隙。
两种调节方式协同,可兼顾分区定量调节与唇口微调,实现涂布横向面密度的精准控制。
全自动涂布模头
全自动涂布模头将手动调节机构升级为电动执行机构,实现横向面密度自动调节。可接入全自动闭环涂布系统,执行机构依据算法指令自动调节T块运动,实现涂膜面密度(横向及纵向)的闭环控制和涂膜尺寸(涂宽及A/B面对位)的闭环控制。
相较于传统手动调节,全自动方案大幅缩短响应时间,支持基于在线测厚反馈的闭环控制,可实现更稳定、更高效的涂布均一性管控。
02
高效集成
从单层涂布到双层共涂
随着狭缝涂布技术向多层化、功能化发展,单层涂布模头无法满足双层共涂的现实需求。双层共涂要求两层浆料在粘度、弹性等流变特性及表面张力等物理/界面性质上良好匹配,以保证层间界面稳定。
双层涂布模头通过精准的内部流道隔离设计,以及定制化涂布腔体及狭缝出口结构,实现用一套涂布模头、一次走带完成原来需要两次涂布才能实现的多层结构。
对此,曼恩斯特推出包含连续双层涂布模头与综合双层涂布模头在内的多种涂布技术解决方案。其主要区别在于连续双层涂布模头支持连续涂布,而综合双层涂布模头更适用于同时存在连续和间歇涂布工艺需求的产线,或需要频繁在两种模式间切换的场景。
在调节方式上,两种涂布模头同样采用上模微分头调节与下模推拉杆调节方式,实现横向涂布面密度控制。值得一提的是,调节方式支持升级自动化调节方案,助力客户实现更智能、更精准、更高效的涂布面密度闭环控制。
03
材料拓展
从金属模头到陶瓷模头
与此同时,锂电池正负极浆料、陶瓷隔膜浆料、催化剂浆料中含有的硬质颗粒,易对涂布模头内壁和唇口边缘产生持续磨损;以及部分浆料及溶剂体系对金属涂布模头具备一定腐蚀性,金属元素进入浆料,引入金属杂质,影响浆料稳定性并危害电池性能与安全性。涂布模头面临的挑战也从精度控制进一步延伸至材料适配。
对此,曼恩斯特形成了包含双层双控陶瓷涂布模头在内的多款陶瓷模头矩阵,从材料本质上杜绝了涂布模头引入金属杂质的可能。在使用寿命上,陶瓷涂布模头是传统模头的3倍以上;且在相同工况测试下,陶瓷的干磨磨损量仅为传统金属的约1/21,具备高硬度与耐腐蚀性的特征。
得益于从传统金属材料到高性能陶瓷的材料体系拓展,公司涂布模头的耐磨性与耐腐蚀性显著提升,可更好地适配部分高固含量、含硬质颗粒或腐蚀性较强的浆料体系,例如半固态/固态电池等前沿工艺中的特殊浆料与工艺要求。
从无调节到双调节,从单层模头到双层模头,从手动控制到全自动控制。这些技术升级并非单一产品能力的叠加,而是围绕不同浆料、工艺及精度要求,对流道设计、调节机构、材料体系与自动化控制进行针对性配置。
曼恩斯特始终致力于将精准调节、高效集成与智能控制能力融入装备体系升级,形成面向锂离子电池、太阳能、半导体等高端制造领域的涂布技术解决方案。
未来,曼恩斯特将继续坚持创新研发,聚焦前沿工艺需求,推动涂布装备向更高精度、更强自适应性和数字化方向持续演进,助力全球高端制造迈向智能化、高效化的新阶段。