A面とB面のコーティングずれがリチウム電池の性能に与える影響

リチウム電池の製造において、コーティング工程におけるA面/B面コーティングのずれは、しばしば見落とされがちですが、バッテリーの容量、安全性、そしてサイクル寿命に重大な影響を及ぼします。ずれとは、電極の表裏におけるコーティングの位置や厚さの分布にばらつきがあることを指し、局所的なリチウムめっきや電極への機械的損傷などのリスクにつながる可能性があります。

この記事では、機器の精度、プロセスパラメータの設定、材料特性などの観点から、ずれの根本原因を分析し、企業が製品の一貫性と安定性を高めるのに役立つターゲットを絞った最適化戦略を提案します。

Ⅰ. A面/B面のずれの原因

1. 設備要因

ロール システムの組み立て精度が不十分: バッキング ロールおよびコーティング ロールの取り付け時に水平方向または同軸方向にずれが生じると、位置がずれる場合があります。

コーティング ヘッドの位置決めエラー: 低解像度のエンコーダー/格子定規またはセンサー フィードバック ドリフトにより、実際のコーティング位置と事前設定されたコーティング位置の間に偏差が生じます。

張力変動: 巻き出し/巻き取り張力が不安定だと、基材が伸びたり、しわになったりして、コーティング精度が低下します。

2. 基板（箔）の問題

不均一な延性: 箔の可塑性が一定でないと、コーティング中のギャップ制御が複雑になります。

表面品質が悪い: 残留酸化物層によりスラリーの接着力が弱まり、コーティングが部分的にしか行われなかったり、位置ずれが生じたりします。

3. スラリーの特性

粘度が高くレベリングが阻害される: スラリーの流動性が悪いと堆積が不均一になります。

表面張力の大きな差: 前面と背面のコーティング間の張力の不均衡により、エッジの収縮が不均一になります。

4. プロセス設定

コーティング速度の不一致: 両側の速度差によりスラリーの広がりが妨げられます。

乾燥条件の変動: 温度差により熱収縮が不均一になり、位置ずれが発生します。

Ⅱ. 提案された解決策

1. 機器精度の最適化

取り付けエラーを制御するために、ロールの同軸度/平坦度を定期的に検査します。

コーティング ヘッドの位置決めコンポーネント (高解像度エンコーダなど) をアップグレードして、偏差を ±0.1 mm 以内に制限します。

張力変動を ±3% 未満に維持するために、閉ループ張力制御 (例: PID 調整) を実装します。

2. 基板の一貫性制御

安定した伸び特性を持つ均一性の高い銅/アルミ箔を選定します。

スラリーの接着均一性を高めるために、高度な表面処理（低温プラズマ洗浄など）を採用します。

3. スラリー性能調整

より良いレベリングのために粘度を最適化します（陽極：10～12 Pa·s、陰極：4～5 Pa·s）。

界面活性剤（PVP、SDS など）を追加して、両面の表面張力のバランスをとります。

4. プロセスパラメータの改良

両面のコーティング速度を同一に維持します（誤差 <0.5 m/分）。

セグメント化された温度制御を適用します。全体的な温度差が 5°C 未満で、低温の予備乾燥により応力緩和と高温硬化を実現します。

Ⅲ. 診断とモニタリングのメカニズム

1. 設備診断

レーザー干渉計を使用して、ロールの平行度（誤差 <0.02 mm/m）を検証します。

モーター/センサー信号の安定性を検査し、ドリフトが範囲の 0.5% を超えないようにします。

2. 基板の評価

破断時の伸びを試験します（偏差 <±5%）。

SEM で表面の微細構造/酸化物層を分析します (厚さ <50 nm)。

3. スラリー試験

レオメーターで粘度とチキソトロピーを測定します (チキソトロピー面積差 <5%)。

張力計を使用して表面張力の差が 2 mN/m 未満であることを確認します。

4. オンラインプロセス制御

レーザー センサーでコーティングの厚さを監視します (CV <1%)。

乾燥後のX線検査でコーティング密度の均一性を確認します（横方向の偏差 <2%）。

結論

精密な機器校正、材料選別、スラリーの最適化、そして体系的なプロセス管理により、A/B面のずれを0.5mm以内に制御することが可能です。これにより、バッテリーの安定性、安全性、そしてサイクル寿命が効果的に向上します。

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