リチウム電池コーティング工程：A面とB面のずれの主な原因と改善策

リチウム電池のコーティング工程において、A面とB面のずれは重大な問題でありながら、見落とされがちです。このずれは、バッテリーの容量、安全性、そしてサイクル寿命に直接影響を及ぼします。このずれは、コーティング面積の偏りや、表面と裏面の厚さの不均一性として現れ、リチウムめっきや電極シートの破損といったリスクにつながる可能性があります。本稿では、装置、プロセス、材料など、多面的な要因を分析し、バッテリー品質の一貫性を高めるための重要な改善策を紹介します。

1. A面とB面のずれの主な原因

1.1 設備要因

バックアップローラー/コーティングローラーの取り付け精度不足：水平方向のずれ、同軸のずれ、取り付けエラーによりコーティングのずれが発生します。

コーティング ヘッドの位置決めエラー: エンコーダー/格子定規の精度が不十分、またはセンサー信号がドリフトしています。

張力制御異常: 巻き出し/巻き取り時の張力が不均一な場合、箔が伸びたり、変形したり、しわが発生したりします。

1.2 重要な要因

不均一な延性: 箔の延性が変動すると、コーティングギャップを制御できなくなります。

表面処理が不十分：表面酸化物がペーストの接着に影響し、間接的に位置ずれを引き起こします。

1.3スラリー係数

粘度が高すぎる: レベリングが悪いとスラリーが蓄積し、位置ずれが発生します。

表面張力の大きな差: A/B 側スラリーのエッジ収縮が不均一。

1.4プロセスパラメータ

コーティング速度の不一致: 両側の速度が異なると、平坦化率が一定でなくなります。

乾燥条件の不一致: A/B サイドオーブンの温度差により、基板の収縮が異なります。

2 改善策

2.1設備の最適化

コーティングローラーとバックアップローラーの同軸度と水平位置合わせを定期的に調整します。

高精度エンコーダと格子定規を交換して、コーティング ヘッドの位置決め誤差が ±0.1mm 以下になるようにします。

張力制御システム（例：PID 閉ループ制御）を最適化して、基板張力の変動を ±3% 以下に維持します。

2.2 箔材料制御

一定の延性を持つ箔（均一な引張強度を持つ銅箔/アルミ箔など）を選択します。

箔の表面処理プロセス（プラズマ洗浄や化学パッシベーションなど）を強化します。

2.3スラリー調整

スラリー粘度を最適なレベリング範囲（陽極：10～12 Pa·s、陰極：4～5 Pa·s）に調整します。

界面活性剤（PVP または SDS など）を追加して、A 側と B 側のスラリー間の表面張力の差をバランスさせます。

2.4プロセスパラメータの最適化

A/B 面コーティング速度が一定であり、速度偏差が 0.5 m/分未満であることを確認します。

温度差を 5℃ 以下に維持しながら、段階的に温度制御された乾燥（低温段階で応力緩和、高温段階で急速硬化）を実施します。

3. 具体的なトラブルシューティング手順

3.1設備検査

レーザー干渉計を使用して、コーティング ローラーとバックアップ ローラー間の平行度を検出します (誤差 ≤0.02 mm/m)。

サーボ モーターとセンサー信号の安定性を確認します (信号ドリフトがフル スケールの 0.5% を超えないようにします)。

3.2 フォイル評価

箔の延性を調べるサンプルテスト（破断点伸び偏差は±5%以内に制御）。

箔表面の微細孔/酸化物層の厚さ（50 nm未満である必要があります）のSEM観察。

3.3スラリー試験

A/B 側スラリー粘度とチキソトロピー指数 (チキソトロピー ループ面積差 <5%) を測定するレオメーター。

2 つの側面の差を測定する表面張力計 (<2 mN/m である必要があります)。

3.4プロセス監視

リアルタイムのコーティング厚さモニタリング（厚さ変動 CV ≤1%）のためのオンラインレーザー厚さ測定システム。

乾燥後の面密度のX線測定（横方向の一貫性の偏差 <2%）。

結論: 機器のキャリブレーション、材料のスクリーニング、スラリーの最適化、および閉ループプロセスパラメータ管理を実施することで、A および B 表面のずれを 0.5 mm 以内に制御でき、一貫したセル容量と安全性を確保できます。