前言

涂布工艺是一种基于对流体物性的研究，将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材通常为柔性的薄膜或者衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。锂离子电池极片涂布的方式目前主要有逗号辊转移涂布、狭缝挤压涂布。

浆料性质对涂布的影响

涂布溶液的粘弹性对涂布结果的影响

涂布溶液本身的性质对涂布结果的影响很大。在你在进行涂布前，涂布溶液的剪切率 - 粘度数据是一个非常重要的考量因子。当涂布的溶液具有非常强的粘弹性，通常来讲对于涂布工艺，会带来更大的难度。

粘弹性是流体变形后粘度和弹性的反应表现，有些流体在剪切力下只有粘度的变化，而更多复杂的流体在剪切变形后有很强的回弹性能。如何去判断一个流体的粘弹性能呢？可以通过剪切力与粘度的曲线来判断，如下图。当受到剪切力时，粘度有滞后现象，为粘弹体。

在压力释放后，流体的这种变化会很大程度上影响到涂布的效果。

那到底有怎样的影响呢？

在狭缝式涂布时，如果溶液以较大的剪切力从涂布头唇口挤出，或者以较快的速度涂覆，因为溶液在涂覆完成后，在压力释放的情况下，会有回缩，最后导致类似竖条纹的形成。甚至严重的情况下，溶液的回缩会造成膜的皱褶，卷曲。

那如何来避免这些缺陷呢?

在狭缝涂布过程中，我们需要非常小心地控制流体在涂布头内部的流动，让溶液非常均匀地从唇口流出，并且对于溶液的剪切力尽量地控制到最小。

通常来讲一般的涂布溶液都有自流平的能力，而粘弹体不容易流动，所以成膜的平整性也会更低一点。

当你想涂布一种粘弹体时，必须首先充分了解这个具有更高分子量的聚合物在受力的情况下它的反应，已便更好地在涂布的过程中通过工艺的控制来抵消因此造成的缺陷。

总体来讲，使该类流体在较低的剪切力下涂布是减少缺陷概率的王道！

涂布工艺基本问题

Slot Die涂布中真空盒的重要性

Slot Die涂布工艺中流体会涉及到压力，粘弹力，惯性力，表面张力等，在各种力的作用下，整个流体系统达到一平衡，形成稳定的涂布过程。

在分析流体在模头狭缝及间隙中的受力及流量时，我们会基于润滑理论近似模型：

其中Pc为模头狭缝或者说内腔压力，PD为模头上唇口压力，PE和PU为下唇口不同区域的压力

然后基于库艾特流体及泊肃叶流态，根据斯托克斯方程可以计算得到：

液体在模头狭缝中的流量：

液体在模头下唇口的流量：

在稳定的涂布过程中，模头下唇口的流量应当为0，只有在为0时下唇口的液滴位置才是稳定的。

基于以上的推导，可以计算出PU小于PE。

然后再来看模头上唇口的流量，相对而言，会更复杂很多。

根据上图的示意，可以计算出模头上唇口的流量：

根据以上公式可以得到：

如果你想得到更薄的涂布量，那你就希望t小于1/2的HD,那如果是那样，你必须要这样：

也就是

结论就是Po 小于大气压。如何做到小于大气压，那就是增加真空盒。换句话讲，你要得到比较薄的涂布厚度，真空盒的使用是非常必要的。以上就是整个模头涂布中真空盒使用的必要性的理论基础。

含颗粒溶液的模头涂布问题

一般简单的研究方法是首先把溶液视作为牛顿流体，分析平均颗粒浓度与粘度之间的关系。然而，实验数据表明，含颗粒物的溶液在用模头（slot die）涂布时它的实际情况比想象的要复杂很多。在1987时， Leighton 和 Acrivos在试验中发现，当溶液受到一定的剪切力时，溶液中的颗粒分布会发生不均匀的情况。对很多功能涂层来讲，涂层的微结构对涂层的功能表现非常重要。

因此，在涂布工艺中对于涂层颗粒的分布情况的理解和预测就显非常重要。

数学模型

我一直认为模头涂布过程中的流体模型是一个比较复杂的模型，因为它涉及到比较多的不同界面的分析。如下图：

根据动量守恒：

质量守恒：

颗粒在溶液中的迁移机理：

以上公式假定：

- 颗粒为坚硬球体，不可压缩

- 忽略布朗扩散，颗粒直径小于0.5微米

根据以上公式及假设得出如下结论

（1）含颗粒溶液在涂布狭缝中的情况

靠近狭缝壁附近因为受到高剪切力，颗粒的浓度比较低

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