Wat is de selectie van coatingmethoden?

Wat is de selectie van coatingmethoden?

Er zijn veel coatingmethoden. Dompelcoatingmethoden omvatten dompelcoating, rolcoating, bladcoating en draad-wondstaafcoating, enz. Coatingmethoden met vooraf ingestelde hoeveelheden omvatten glijcoating, spleet-matrijscoating, extrusiecoating en gordijncoating, enz. We hebben hierboven al verschillende coatingmethoden in detail besproken. Hieronder introduceren wij kort de overige coatingmethodes.

Dompelcoaten is een coatingmethode waarbij het web continu wordt ondergedompeld in en uit de slurrytank wordt getrokken, en de overtollige slurry terugvloeit in de tank, zoals weergegeven in Figuur 5-89. Dompelcoaten is meestal een dubbelzijdige coating-, dus de trekrichting van het web staat doorgaans loodrecht op het vloeistofoppervlak om ervoor te zorgen dat de coatingdikte aan beide zijden van het web consistent is. Meestal hangt de laagdikte af van de viscositeit, dichtheid, lijnsnelheid en uittrekhoek. De dikte van de slurrycoating op het baanoppervlak wordt dikker naarmate de viscositeit van de slurry en de coatingsnelheid toenemen. Natuurlijk is dompelcoaten ook geschikt voor intermitterende bewerkingen van complexe werkstukken, maar wanneer de vervluchtiging van het oplosmiddel hoog is, zal er sprake zijn van stroming.

Fig 5-89 Dip Coating Method

Blade-coating is een coatingmethode waarbij een mes wordt gebruikt om de dikte van de slurrycoating op de coatingrol of -baan te verminderen tot de gespecificeerde dikte, zoals weergegeven in Figuur 5-90. Hiervan zijn de coatingdikte en het coatinggewicht van lucht{2}}mescoating afhankelijk van de lucht-mesdruk en de luchtstraalsnelheid, en het is vooral geschikt voor het coaten van slurries op waterbasis- met lage- of medium-lage- viscositeit op water-. Bij het gebruik van slurries op basis van organische oplosmiddelen moet ervoor worden gezorgd dat de vorming van explosieve mengsels uit grote hoeveelheden lucht en brandbare oplosmiddeldampen wordt vermeden.

Fig 5-90 Blade Coating

Gordijncoating is een coatingmethode waarbij de slurry uit een sleuf wordt geëxtrudeerd en in de vorm van een vloeistofgordijn direct op de loopbaan valt. Het behoort tot de coatingmethode met vooraf ingestelde hoeveelheden, zoals weergegeven in Figuur 5-91. Omdat de afstand tussen de lip van de extrusiematrijs en het web groot is en er geen luchtbel op het gordijn zit, heeft het uitstekende voordelen bij het elimineren van defecten zoals rijgen en krassen. Door de grotere kinetische energie van het gordijn helpt het de meniscus te stabiliseren, waardoor een hogere coatingsnelheid kan worden bereikt. De lijnsnelheid kan meer dan 100 m/min bereiken en wordt steeds vaker toegepast in uiterst nauwkeurige batterijcoatingoplossingen.

Figure 5-91 Falling curtain coating; Figure 5-92 Wire rod coating

Draad-gewonden staafcoating is een coatingmethode waarbij gebruik wordt gemaakt van een draad-gewonden meetstaaf om vloeistof gelijkmatig op een zacht web te coaten, zoals weergegeven in figuur 5-92. De draad-gewikkelde staaf wordt gemaakt door gepolijste roestvrijstalen draad strak rond een kernstaaf te wikkelen. De draad-wondstaaf wordt ook wel coatingstaaf of rakelstaaf genoemd. Wanneer de wikkeldraad erg dun is, kan de nauwkeurigheid van de laagdikte binnen enkele microns reiken. Omdat vloeistof met een lage-viscositeit gemakkelijk over de gewikkelde metaaldraad stroomt, is deze geschikt voor het coaten van vloeistoffen met een lage viscositeit. Met behulp van speciale coatingstaven kan de viscositeit van de coating relatief hoog zijn en kan de coatingdikte 225 μm bereiken. De snelheid van het aanbrengen van de staafcoating is doorgaans beperkt tot 304 m/min.

De selectie van de coatingmethode is een systematisch project waarbij met veel factoren rekening moet worden gehouden. Dit zijn de belangrijkste factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een coatingmethode:

De meeste coatingmethoden zijn geschikt om laag voor laag te coaten, en een andere laag wordt gecoat nadat de vorige laag is gedroogd. Bij sommige methoden kunnen meerdere lagen tegelijk worden gecoat, zoals bij slide-coating, waarbij bij kleurenfilmcoating ten minste 9 lagen tegelijk kunnen worden gecoat. De coatingkop van gordijncoating is de glijcoatingkop en de coatinglaag vloeit ook aan de rand naar beneden, zodat ook meerlaagse coating kan worden uitgevoerd. Slot-matrijscoating en extrusiecoating voeren doorgaans een enkele- laagcoating uit, maar ze kunnen ook twee of drie extrusiesleuven hebben voor meerlaagse coating die algemeen vereist is door fabrikanten van lithium-ionbatterijen.

Draad-gewonden staafcoating is geschikt voor dunne- coatinglagen; extrusiecoating, omgekeerde rolcoating en gordijncoating zijn geschikt voor dikke coatings, die 400–750 μm kunnen bereiken. Over het algemeen geldt: hoe dunner de coating, hoe groter de moeilijkheidsgraad van de coating. Opgemerkt moet worden dat de hier genoemde dikte de dikte van de natte coating is en dat het verschil tussen droge coating en natte coating erg groot is.

Viscositeit en visco-elasticiteit zijn fysieke grootheden die reologische eigenschappen weerspiegelen. Elke coatingmethode heeft een bepaald bereik van geschikte viscositeit en afschuifsnelheid. De slurryviscositeit kan het beste worden gekozen op basis van de viscositeit gemeten bij de afschuifsnelheid van de coating, omdat de viscositeit verandert met de afschuifsnelheid. Voor de slurryformulering van lithiumbatterijen die wordt geleverd door toonaangevende leveranciers van lithium-ionbatterijmateriaal, is nauwkeurige viscositeitscontrole een sleutelfactor geworden voor de processtabiliteit. Bij het coatingproces met vooraf ingestelde hoeveelheden is de afschuifsnelheid waaraan de slurry gewoonlijk wordt blootgesteld echter te hoog, zodat het moeilijk is om een dergelijke hoge afschuifsnelheid te bereiken met de huidige instrumenten, dus de schatting van de viscositeit is ruw en uiteindelijk zullen de experimentele resultaten de overhand hebben. Hoewel visco-elasticiteit erg belangrijk is, is deze moeilijk te voorspellen. Enige visco-elasticiteit helpt de werking van bepaalde coatings te verbeteren, maar een hoge visco-elasticiteit kan vertraagde sleepdefecten veroorzaken.

Precisie-sleuf-matrijscoating, glijcoating en gordijncoating hebben een hogere coatingprecisie, terwijl de precisie van andere coatingmethoden afhangt van vloeistofeigenschappen, rolgeometrie, rotatiesnelheid en andere factoren. Elke coatingmethode heeft een breed coatingbereik, dat afhangt van de structuur en de werkingsmodus van het coatingapparaat. Alleen door de apparatuur voor het coaten van batterijelektroden zeer fijn te optimaliseren, kunnen goede coatingresultaten worden verkregen.

Het web kan niet-permeabel of permeabel zijn. Bij permeabele banen kunnen de poriën vóór het coaten worden afgedicht. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met de ruwheid en oppervlaktespanning van het web. De oppervlaktespanning van de slurry moet lager zijn dan die van de baan.

De coatingsnelheid houdt verband met de productie-efficiëntie. Indien mogelijk geldt: hoe hoger de coatingsnelheid, hoe beter. Alle coatingmethoden hebben limieten voor de coatingsnelheid, maar sommige methoden zijn beter bij het coaten op hoge- snelheid. Voor het coaten van gordijnen is een minimaal debiet nodig om ervoor te zorgen dat het gordijn niet scheurt. Coaten met hoge-snelheid kan dus niet worden uitgevoerd als de laag dun is. Bij glijcoating, wanneer de coatinglaag erg dun is, zal de coatinglaag onstabiel zijn. Hogere snelheid en dikkere coatinglaag helpen instabiliteit van de coating te voorkomen. Op dezelfde manier kan een glad en niet-doorlatend web met hogere snelheid worden gecoat. De coatingsnelheid is ook gerelateerd aan de lengte van het drooggedeelte. Hoe langer het drooggedeelte, hoe gunstiger het is om de droogsnelheid te verhogen.

De coatingmethoden en hun toepasselijke bereik worden weergegeven in Tabel 5-6.

Categorie	Coatingmethode	Afschuifsnelheid /s⁻¹	Viscositeit /Pa·s	Natte dikte /μm	Coatingprecisie /%	Maximale snelheid /(m/min)	Invloed van baanruwheid
Nivellering	Nivellering	0.01-0.10	-	-	-	-	-
	Lucht mes	-	0.005-0.5	2-40	5	500	Hoog
	Draad-gewonden staafcoating	-	0.02-1	5-50	10	250	Hoog
Enkele laag	Coating van het blad	1000-10000	0.5-40	1-30	-	1500	Hoog
		20-40000
	Omgekeerde rolcoating	100-10000	0.1-50	5-400	5	300	Licht
		1000-100000
	Sleuf-matrijscoating	3000-100000	0.005-20	15-250	2	400	Licht
	Extrusie coating	-	50-5000	15-750	5	700	-
Meerlaags	Glijcoating	1000-10000	0.005-0.5	15-250	2	300	Licht
		3000-12000
	Gordijncoating	1000-10000	0.005-0.5	2-500	2	300	Licht

De coatingmethoden voor elektrodeplaten met lithium{0}}ionbatterijen zijn hoofdzakelijk rolcoating en extrusiecoating. Omgekeerd walsen vereist een hogere afschuifsnelheid, is geschikt voor slurry met een iets hogere viscositeit, verkrijgt een dikkere coatingfilm en een goede coatingkwaliteit, en is momenteel de meest gebruikte coatingmethode voor lithium-ionbatterijen. Extrusiecoating vertegenwoordigt een relatief geavanceerde coatingtechnologie in de industrie. Tijdens het coaten wordt een bepaalde druk op de slurry uitgeoefend, die kan worden gebruikt voor het coaten van slurry met een hogere viscositeit. Het verkregen elektrodevel heeft een hogere precisie en een hoge coatingsnelheid. Met de voortdurende ontwikkeling van de lithiumbatterijtechnologie en de toenemende vraag van fabrikanten van lithium-ionbatterijen naar een hogere energiedichtheid en -consistentie, zal extrusiecoating, ondersteund door de-van-de-modernste apparatuur voor het coaten van batterijelektroden en zeer-precieze oplossingen voor batterijcoating, op grotere schaal worden gebruikt in productielijnen van de volgende- generatie.