作者：曹巍1(), 陈飞1, 孔祥栋2, 朱志成1, 韩雪冰3(), 卢兰光3, 郑岳久1()    

单位：1. 上海理工大学机械工程学院；2. 四川赛鸥科技有限公司；3. 清华大学车辆与运载学院智能绿色车辆与交通全国重点实验室

引用：曹巍, 陈飞, 孔祥栋, 等. 锂离子电池极片涂布工艺研究进展[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(1): 90-103.

DOI：10.19799/j.cnki.2095-

4239.2024.0574

本文亮点：1、综合分析涂布过程中的内、外流场影响涂布质量的影响因素，优化了涂布策略，提高涂层质量和生产效率。2、针对目前产线在线检测方法进行了对比分析，探讨了实用性和局限性。3、展望了未来涂布发展的方向。

摘 要锂离子电池极片涂布工艺在电池制造中占据核心地位，直接决定了电池的能量密度、循环寿命及安全性。目前随着新能源行业对电池需求的激增，如何在确保涂布质量的同时提升生产效率，已成为电池制造厂商关注的焦点。面向电池制造数字化和产业化的发展趋势，本文综合分析了锂离子电池极片涂布工艺的发展，对比分析了常见的涂布方法的特点，基于工艺仿真的手段，从内、外流场两个角度，明确了影响涂层质量和效率的关键因素，系统梳理了狭缝式挤压涂布的优化策略和方法，此外，本文还对比分析了产线中在线检测方法的特点，评估了实用性和局限性，并进一步指出了当前研究的不足和未来的发展趋势，旨在为优化锂离子电池涂布工艺提供理论支持和实践指导。

关键词锂离子电池；涂布工艺；工艺仿真；狭缝式挤压涂布；在线检测

能源短缺成为国家发展的一个痛点，为了缓解能源短缺问题，许多国家纷纷投入大量资源，探索替代传统能源的途径。其中，新能源电池作为一种重要的清洁动力来源，在电动汽车、储能、电子产品、电动船舶等领域的应用已经取得了显著成效，有效缓解了能源短缺和环境污染等问题。锂离子电池以其高能量密度和可靠的电化学性能成为新能源行业不可或缺的一部分。随着新能源行业的发展，对锂离子电池的需求量不断增大，所以对电池制造行业的要求更高。如何提高新能源电池的性能，已成为许多专家学者关注的焦点。以电池生产的工艺作为出发点，通过优化生产工艺参数来提升电池的性能。

电池制造生产可以分为三个阶段，第一阶段为极片制作(包括匀浆、涂布、干燥、辊压、分切和制片)，第二阶段为电芯组装(包括卷绕/叠片、入壳、注液和封装)，第三阶段为电芯激活(包括化成、分容、检测和分选)。极片作为电池的关键部件之一，其设计、材料选择和制备工艺直接影响了电池的综合性能。在电池制造过程中，涂布工艺扮演着关键角色。极片涂布的质量，如涂层厚度均匀性、面密度分布和缺陷等，对电池的一致性、循环寿命、能量密度、安全性能等方面均有很大的影响。

为提高极片涂布的工艺质量、提升涂布效率，首先要了解涂布的发展，选择合适的涂布方法，其次通过工艺仿真的手段减少实验试错的成本，探究影响涂层质量的因素，通过优化和改进各种参数达到指导生产的目的，最后基于在线检测技术，对涂布的质量实现在线监控，避免因人为和环境等不可控因素导致的生产缺陷。本文将从涂布方法、涂布工艺仿真以及涂布检测等三个方面探讨电池制造过程中涂布工艺的研究现状，以促进极片涂布工艺质量的提高、涂布效率的提升以及生产质量的把控。

1 极片涂布方法

涂布技术最早应用于造纸行业和塑料包装等领域，如今已成为新能源电池制造领域不可或缺的一部分。然而，涂布行业目前有几十种涂布方法，可将浆料涂在不同的箔材上，针对于不同的箔材和浆料，涂布结构也各有不同。选择合适的涂布方法至关重要，直接影响了电池的生产效率和质量。

常见的锂离子电池涂布方法如图1所示，随着电池制造市场需求的提高，涂布方式也在不断发展，常见的涂布方式有手工涂布、刮刀涂布、转移涂布，到目前主流的狭缝式挤压涂布。电池极片涂布行业的发展旨在提高涂布质量和效率，以满足新能源行业对电池制造的需求。

图1锂离子电池涂布方法

1.1　手工涂布

手工涂布是一种基于人工操作的涂布方法，其工作原理如图2所示，将待涂布的箔材放置在具有吸附性的平台上，将搅拌好的浆料均匀倒在平台一端，通过缓慢移动刮刀辊，将浆料均匀涂在箔材的表面，实现手工涂布。

图2手工涂布

这种涂布方式操作简便，主要应用于实验研究，灵活性比较高，能够适应不同浆料和箔材的需求。但是其局限性比较大，首先，涂布效率低，每次只能对固定大小的箔材进行涂布，完全依赖于人工，无法进行大规模生产，其次，涂层质量受人为操作的影响较大，很难确保涂层厚度和宽度的均匀性。尽管在实验研究方面手工涂布具有一定的价值，但无法满足电池制造行业对质量、效率的要求，进而出现了由机器代替人工的涂布方法。

1.2　刮刀涂布

刮刀涂布如图3所示，由刮刀和涂布辊组成，浆料存储在储料槽中，经涂布辊的转动，浆料被均匀涂在铜箔或铝箔上。通过调整刮刀与涂布辊之间的间隙，可以控制涂层厚度。同时，多余浆料被刮掉并回流到储料槽中，以确保涂布过程的精确性和高效性。

图3手工涂布

刮刀涂布操作简单，常用于实验研究，适合小批量生产。涂层厚度取决于箔材与刮刀之间的间隙，在涂布过程中，需要确保刮刀与箔材平行，否则会导致涂层横向厚度的不均匀性；同时这种方式涂布速度受限，涂布速度过高，会引起箔材的振动，导致涂层厚度不均匀，同时也会引起浆料飞溅等缺点；刮刀刃处容易结块形成颗粒，可能会在刮料时造成划痕的情况。

1.3　转移式涂布

转移式涂布常见的有两种：刮刀转移涂布[图4(a)]以及双辊转移式涂布[图4(b)]。刮刀转移式涂布机结构相比于刮刀涂布机多了一个背辊。涂布原理相似，与之不同的是浆料是通过涂布辊与背辊之间的相逆转动将浆料转移到铜箔或铝箔上的。而双辊转移式涂布用转移辊替代了传统的刮刀，通过双辊之间的间隙调节浆料的转移量，然后再通过背辊与涂布辊的相逆转动达到涂布目的。

图4(a) 刮刀转移涂布; (b) 辊式转移涂布

转移式涂布通过两次调整浆料的转移量，可以有效控制浆料转移量和涂层厚度均匀性，而且，通过改变转移辊温度，可以稳定控制浆料在涂布过程中的黏度特性。但是在精度、质量和效率方面很难达到涂布要求，首先在精度方面受制于刮刀或辊的制造精度，其次，浆料暴露在空气中，很难保证浆料不受环境影响，最后涂布间隙需要经过多次调试，依赖于经验法，这种方式耗时，降低涂布效率。

1.4　狭缝式挤压涂布

狭缝式挤压涂布工作原理如图5所示，在压力的作用下，将预先搅拌好的浆料以一定的流量通过进料口进入模头内部，在压力的作用下，将浆料均匀涂布在箔材表面。

图5狭缝式挤压涂布

狭缝式挤压涂布虽然结构复杂，但是可以精准控制浆料的流动状态。模头是涂布的关键部件，主要由上模、垫片、下模组成。通过更换垫片，可实现多种类型的涂布。同时通过优化模头内部腔体的结构形状可以控制浆料在模头内部的流动状态和压力分布。垫片的结构形状不仅能实现不同类型的涂布(多条纹涂布、间歇涂布)，而且还能改善浆料在出口处的均匀性。控制模头角度等可以提升涂布速度和改善涂布质量。通过控制对涂布质量影响的各种因素实现高精度涂布。

刮刀、转移式涂布虽然能够实现标准涂布，但是很难达到高精度、高效率、高质量的涂布要求，首先在精度方面受制于模头或者辊的制造精度，浆料暴露在空气中，很难保证浆料不受环境影响，涂布间隙需要经过多次调试依赖于经验法，这种方式耗时，降低涂布效率。两种涂布方式对浆料的特性(固含量、黏度)、涂布速度以及涂布厚度等范围受限，所以传统的涂布方法已不适用于目前市场的需求，而狭缝式挤压涂布以效率高、质量高等特点被电池制造行业广泛应用。

狭缝式挤压相比于前三种涂布方式具有涂布精度高、适用范围广、涂布效率高和自动化生产等特点。首先挤压涂布是一种先进的预计量涂布技术，可以根据给定的上料速度、涂布宽度、涂布间隙、箔材速度，可以较为精确地估计涂层涂布量；由于其在封闭环境中进行涂布，对浆料黏度特性影响较小，可实现浆料黏度范围较广的涂布，并且可以通过改变垫片宽度、厚度等实现不同宽度、厚度的涂布，同时改变垫片结构可实现不同类型涂布，例如双条纹涂布、间歇涂布等；并且在涂布效率方面也有着很大的优势，可实现双面涂布，箔材两侧同时进行涂布、同时烘干，相比于单面涂布，双面涂布生产效率高，生产空间利用率高，能够确保极片涂布的一致性和均匀性。最后可实现自动化生产，通过检测设备反馈给闭环模头的检测信号(面密度、厚度)，实现自动调节参数(涂布速度、涂布间隙)，实现精准控制涂布过程，实现不间断24 h涂布。极大提高了生产效率，降低了生产成本。

在目前新能源电池行业快速发展的趋势下，狭缝式挤压涂布能够很好地满足电池制造厂商的需求。首先涂布效率方面，大多数厂商采用狭缝式挤压双面同时涂布，最大涂布速度可达120 m/min，同时可以实现对高固含量、高黏度的浆料进行涂布。狭缝式挤压涂布不仅速度快，且适用范围广，符合当下新能源电池制造行业发展的需求。

在电池制造行业的智能化、精准化和高效化发展趋势下，狭缝式挤压涂布技术的不断改进和应用为行业发展提供可靠支撑。如何优化狭缝式挤压涂布的结构参数、工艺参数是企业急需去解决的问题。目前借助工艺仿真的手段，通过数值模拟来优化结构、工艺参数，探究各种因素对涂布效率和质量的影响，以减少因试错法产生的生产的成本，达到指导生产的目的。

2 极片涂布工艺仿真

涂布工艺仿真旨在研究结构、工艺和浆料参数对涂布过程的影响，通过优化这些参数，达到指导生产的目的。目前针对涂布工艺相关的仿真对象是狭缝挤压涂布，因为这种涂布方法目前是市场上的主流涂布方法。为了深入分析各种因素对涂布结果的影响，涂布仿真研究一般分为两个阶段：内流场仿真和外流场仿真，内流场指搅拌好的浆料通过压缩或其他方式从进料口进入，到达模头狭缝处挤出的过程；而外流场则指浆料从模头缝隙挤出到移动的铜箔或铝箔上的过程。通过分别探究两个流场的影响因素如图6所示，可以更全面地了解影响涂布效果的因素，为生产提供指导。

图6狭缝式挤压涂布仿真

2.1　内流场仿真

狭缝挤压涂布内流场特指浆料从进料口流动至模头缝隙之间的动态区域，其仿真的核心目的在于深入探究影响浆料在模头内部流场分布的关键因素，并通过精细的参数调整与优化，实现浆料在模头出口处速度分布的均匀性。这些关键因素主要包括进料口的位置、模头内部腔体的结构设计以及垫片的结构配置。通过综合考虑这些因素，能够更精准地控制浆料的流动特性，提升涂布质量。

2.1.1　进料口位置

进料口的位置对于浆料进入模头后的流动路径和流速分布具有决定性的影响，这进而直接关系到浆料在出口处的均匀性。白自艳通过模拟分析，详细探讨了当进料口位于模头的底部端面与侧面端面时，模头内部的流场特性，发现在相同的进料条件下，底部进料相较于侧面进料更能实现浆料出口速度和压力的均匀分布。Jung等分析了进料口在腔体中心和端面位置，以及进料周期性脉动流对浆料流动和横向出口均匀性的影响，发现不同的进料口会改变稳态条件下的出口流量和流量的瞬态相应，在腔体中心进料时对浆料在出口的均匀性更高如图7(b)、(d)所示。

图7(a) 中心进料口；(b) 中心供料时浆料在出口处速度分布；(c) 端面进料口；(d) 端面供料时浆料在出口处速度分布

2.1.2　腔体结构

腔体结构参数对浆料在模头内部的流动以及在出口处的均匀性有很大影响。研究者们从腔体结构参数出发，利用仿真软件探究其对流体在出口处均匀性的影响。梁军杰等基于计算流体力学(CFD)模拟了一种双腔式挤压模头内部的流场，探究了不同腔体大小对出口处浆料速度均匀性的影响，在两腔体直径比例不变的情况下，增大腔体直径可以有效提升浆料在出口处的速度均匀分布，如图8(g)所示，并建立了入口压强与腔体结构参数关系的简化模型。周芸福通过模拟对比分析3种不同的腔体[双腔体、梯度式腔体和衣架式腔体，如图8(a)～(c)所示]结构狭缝处浆料均匀性的影响，发现过渡式、衣架式腔体结构对浆料的均匀化能力更高，如图8(d)～(f)所示。不同的腔体结构影响了浆料在模头内部的压力分布，通过仿真建模的手段去优化结构参数，实现浆料在腔体内部分布均匀，从而提高在浆料在出口处的均匀性，进一步提涂布质量。

图8(a) 双腔体；(b) 梯度式腔体；(c) 衣架式腔体；(d) 双腔体压力分布云图；(e) 梯度式腔体压力分布云图；(f) 衣架式腔体压力分布云图；(g) 不同腔体大小速度分布

2.1.3　垫片结构

垫片的厚度和形状直接影响涂层的厚度和浆料在出口处的均匀性。通过分析浆料在不同结构参数下浆料在出口处的分布情况，可以确定最佳的垫片结构，实现所需要的涂布效果。Han等探究了双条纹涂布工艺，如图9(a)所示，通过设计垫片的结构可以实现相对应的涂层类型，对比不同的垫片结构(均匀、收缩、发散)进行了分析模拟及实验验证，发现对于不同的垫片结构对可以控制浆料在模头出口处的速度分布[图9(b)]，继而控制涂层在横向方向的边缘收缩情况，同时发现收缩和扩张型垫片结构对涂层质量的影响比均匀性更大。Jin等研究了不同剪切速率的浆料在模头内的流动特性，通过改变垫片的几何形状[图9(c)]，发现优化垫片的结构设计，能够减小浆料在模头出口处的不均匀分布，如图9(d)所示。通过优化模头的垫片结构设计，可以实现不同类型的涂布效果，并调节浆料在出口处的分布情况，以达到所需涂层厚度和均匀性，从而提升涂层质量。

图9(a) 条纹涂布示意图；(b) 浆料在出口处速度分布；(c) 垫片结构；(d) 不同垫片结构下浆料在出口处速度分布

本节系统探讨了狭缝挤压涂布过程中影响浆料流动和出口均匀性的关键因素，包括进料口位置、模头腔体结构以及垫片设计。首先，进料口位置对浆料的流动路径和速度分布产生直接影响，其次，模头腔体结构的设计对浆料流动和出口均匀性同样至关重要，不同结构参数会对浆料速度分布产生显著影响，通过仿真和优化模拟，可以实现浆料在出口处的均匀分布。最后垫片的设计也被证明对涂布效果有着重要作用，通过调整垫片的厚度和形状，可以实现所需的涂布效果，并控制涂层在出口处的厚度和均匀性。在涂布过程中，内流场是第一阶段也是首要阶段，它能够影响后续涂布的效果。只有确保浆料在出口处均匀分布，才能有效进行第二阶段的优化改善。因此优化内流场的分布对于提高涂布效果至关重要。

2.2　外流场仿真

外流场是涂布的第二阶段，模头的结构以及工艺参数(涂布速度，模头间隙和浆料黏度)等直接影响了涂层质量。通过数值模拟，可以定量探究这些因素对涂布效果的作用机制与影响效果，通过仿真可以实现模头结构参数优化，寻找并确定最佳的工艺参数(即涂布窗口)，以实现涂布过程的高效率。

2.2.1　模头结构

模头形状及角度通过影响涂布珠的形成和内部流动结构，直接影响涂布质量和速度。优化模唇参数也是提高涂层质量的关键。Huang等提出了一种扩大稳定涂布窗口的咬边模头结构，对3种不同的模头结构[图10(a)]进行了分析，发现下咬的凹模结果的最大涂布速度与正常的结构提高了25.6%，如图10(b)所示。为了进一步分析模唇的参数对涂层的影响，在不改变模头的结构参数下，探究模头的角度对涂层质量的影响。Lee等基于黏性毛细管模型分析了模头在不同角度下对涂层的影响，利用有限元法计算分析了在瞬态和稳态下模唇的倾斜角度[图10(c)]可以控制流体内部的压力梯度，分析结果如图10(d)所示，在周期性扰动下，通过控制上游和下游弯月面的形状和位置继而可以影响涂层的均匀性。在结构参数确定前提下，需要寻求一个稳定的操作区域，即在不出现缺陷情况下的稳定涂布窗口。

图10(a) 不同模头结构；(b) 不同模头结构下的涂布速度；(c) 模头倾斜角度；(d) 不同倾斜角度下出口处及上游弯月面压力变化

2.2.2　涂布窗口

稳定的涂布窗口主要包括了在不同流量下可达到的涂布速度范围，如图11(a)所示。Lee等通过简化的黏毛细管模型研究了牛顿和非牛顿流体的在不同操作条件下的涂布过程，并提出了一种可操作性的稳定涂层窗口，他们证明了简化的黏毛细管模型可以用于预测涂料系统的流动状态。不稳定的涂布窗口会导致涂层缺陷的产生，如图11(b)所示，通过数值模拟的方法可以探究缺陷形成的原因。Chang等研究了在不同黏度的流体的最小涂层厚度，发现在三个区域存在一个临界雷诺数，研究发现涂层区域主要是由下游弯月面的位置确定，涂层缺陷的类型是由上游弯月面的位置和形状确定。Huang等通过数值计算与实验对比分析对涂层缺陷形成机理进行了研究，分别对三种缺陷：条纹、斑点、不规则缺陷进行了模拟仿真，如图11(c)所示，发现条纹缺陷与下游半月面收缩有关，点状与不规则缺陷与锯齿状动态接触线的不稳定发展有关。在稳定的涂布窗口下，如何提高涂布效率，也是目前制造行业继续探索的方向。

图11(a) 稳定涂布窗口；(b) 涂布缺陷类型；(c) 三维仿真结果

2.2.3　双面涂布

传统的单面狭缝挤压涂布是一个离散的工艺，箔材的每一面都要进行一次单独完整的涂布过程，先涂的一面必须要经过两层烘干，相比之下，双面涂布与单面涂布相比，同时进行两面涂布效率更高，且不易产生干燥缺陷。Tan等研究了一种新型的接触式狭缝模头的双面同时涂布方法，如图12所示，通过接触式模头替代了支撑辊，通过仿真和实验结果对比发现，接触式模头能有效抑制第二面涂布时因箔材运动引起的差距波动，建立了有效的数值模型分析涂层厚度和速度对涂层均匀性的影响。这种涂布方法通过仿真的手段分析了各种因素对涂层质量的影响，降低了生产成本提升了涂布效率。

图12(a) 新型接触式狭缝挤压涂布；(b) 接触式狭缝模具和非接触式狭缝模具的间隙波动幅度的频率响应

外流场作为涂布的关键阶段，影响涂层的质量因素很多，首先是模唇的形状和角度，因其影响涂布珠的形成和流动的状态，其次是涂布的工艺参数要在稳定的涂布窗口内，包括涂布间隙、涂布速度和进料速度等，不在稳定的涂布窗口会出现涂布缺陷。最后引入双面涂布来提高涂布的效率。

通过数值模拟仿真的手段探索分析各种因素对涂布效果的影响，很大程度能够指导目前电池极片涂布生产工艺，可以有效优化工艺参数，提高涂布质量和效率。通过建立多尺度、多物理场耦合的仿真模型，仿真结果更接近实际生产，建立一套仿真体系，将内外流场相结合进行仿真，在输入相应的生产要求参数后，能够提供出最佳的工艺参数，从而达到提高涂布效率及减少生产成本的目的。

在实际的涂布过程中，很难完全避免出现缺陷等问题，为了确保极片涂布的质量，除了优化涂布工艺之外，还需要借助检测手段来保证涂布质量。

3 极片涂布质量检测

完成涂布后需要对涂层进行质量检测，以确保其符合设计要求。质量检测的目标主要有涂层厚度、面密度、表面缺陷等，常见的检测方法如图13所示。涂层的厚度、密度和表面缺陷等直接影响着电池的电化学性能。施柳柳等研究表明，涂层厚度的增加会导致极化程度先减小后增加，而比容量则会先增加后减小。刘伯峥等比较了两种不同面密度的电极后发现，面密度增加会导致电池内阻增大，从而降低1%～2%的倍率性能。Mohanty等系统地研究了不同类型的涂布缺陷对电池电化学性能的影响，发现团聚体和孔状缺陷能够降低库仑效率，孔状、不均匀涂层和金属颗粒缺陷的电池容量衰减更明显，而金属颗粒异物容易引起短路。传统的极片检测方法通过对样品进行打孔，然后测量其质量和厚度。然而，这种方法有一定局限性，因为它会破坏电极，并且只能对局部电极进行测量。此外，这种离线测量方式不适用于现代生产需求。当前产线检测普遍采用无接触式在线检测手段，以避免对极片造成损伤。

图13在线无损检测技术

涂层厚度的检测主要采用激光三角测量和激光卡尺测量，激光测量的原理是基于激光束的反射和成像系统来测量涂层厚度，两种测量方式的区别在于计算涂层厚度具体算法和实现方式不同，如图14所示。两种测量方式都能进行在线厚度的测量，精度高，但是激光三角测量检测受温度影响较大，温度的不均匀会影响光学信号导致误差增大。基于双激光三角测量的激光卡尺测量精度：正极厚度误差在2.0%～2.3%，负极的厚度误差在2.2%～2.6%，误差范围控制在2%左右，但是该方法的校准难度高，且成本较高。基于激光检测涂层厚度，除了提高检测设备的精度外，还可以通过引入温度补偿机制，通过实时检测温度变化进行数据补偿，减少温度对测量结果的影响，同时在产线中加入恒温设备等来维持环境温度，提高测量的精度。

图14(a) 激光三角测量；(b) 激光卡尺测量

涂层的面密度可以通过测量不同形式辐射的衰减和反向散射实现在线量化，常见的射线检测有β射线、X射线。β射线因其较高的稳定性和穿透性被广泛应用于涂层面密度检测，但其测量成本高且对环境和人体健康有害。相比之下，X射线检测虽然同样存在辐射，但限制因素较少，成本较低，并且能够同时进行涂层厚度和缺陷的检测。超声波检测是另一种常用于涂层面密度检测，通过测量超声波在涂层中传播速度的变化实现面密度的测量，这种检测方式与射线检测相比无辐射，具有较高的灵敏度和精度。但是检测区域有限，在实际应用中做不到全面检测，只能进行“Z”字形检测。基于射线检测面密度除了可以加装辐射防护装置，也可以用无辐射的检测技术，例如超声波检测等替代，虽然检测区域有限，可以通过增加检测点和优化检测路径以及针对特定涂层特性进行技术调整，可以显著提升检测区域的覆盖率，确保检测结果的全面性和准确性。

涂层表面缺陷检测方法有红外热成像检测[图15(a)、光学CCD相机检测[图15(b)]。红外热成像检测基于红外相机或传感器发出红外辐射，通过温度差异的原理检测涂层表面缺陷，可以实现在线检测。但是它不适用于高速生产环境，因为对检测设备、检测环境要求高，很容易受到环境温度的影响。光学CCD相机通过光学成像拍摄涂层表面的图像，通过图像处理算法识别相应的缺陷。通过算法训练大量的缺陷样本，可以实现基于机器视觉的在线缺陷检测，这种检测方法在检测过程中有很高的精度和效率，能够检测出极片生产过程中涂层的各种缺陷，广泛应用于生产线中。这种检测方法需要输入大量的训练数据(缺陷的种类数量)，结合机器学习和深度学习算法，提高缺陷识别的准确性和泛化能力，从而确保光学相机检测的可靠性。

图15(a) 红外相机检测；(b) CCD相机检测

无接触式在线检测技术在极片大规模生产中至关重要，不仅可以检测涂层质量是否符合设计要求，而且可以通过实时监测，快速评估涂层厚度、面密度和表面缺陷，及时发现问题，进行调整和纠正，保证极片涂布的一致性。检测技术首先要满足高精度和高效率的特点，能够满足生产需求，与传统的离线检测相比，在线检测技术不仅能够节省时间和成本，还能够提高生产效率和产品质量的把控。

4 总结与展望

极片涂布工艺是整个电池制造过程中的关键工艺之一，涂布过程涂层的厚度、面密度以及缺陷对电池的性能有显著的影响。为提高涂层的质量，满足目前电池制造的需求，涂布工艺的选择和参数优化是关键。为此，亟须借助仿真的手段来探究和优化结构和工艺参数对涂层质量作用机制和影响规律，在高效率生产条件下尽可能减少涂层缺陷，生产高质量的极片。本文针对上述需求，分别总结分析与讨论了涂布的方法、仿真技术、质量检测技术的研究进展。

然而现有研究仍然存在涂布方法缺乏智能化、没有定量分析影响涂布质量和效率因素等问题，为此，面向未来发展，可以进一步从以下几个方面进行探索和优化：

（1）智能化涂布方法开发：面向锂离子电池智能制造的趋势，如何让涂布方式更加智能化，是未来涂布方法发展的方向。实现高效、精确的全自动涂布，减少人为参数调整，而根据所设计的极片需求实现参数自动设置与自动涂布，通过传感器(激光、超声波、光学相机)测量的涂层厚度、面密度和缺陷信号反馈给采集系统，通过对测量信号进行处理计算，此外通过引入人工智能和机器学习技术，使涂布机具备自学习、自适应的能力，进一步提升生产效率和产品质量，实现电池的智能制造。

（2）建立制造参数对涂布工艺评价指标的定量关系：建立进料速度/腔体结构/垫片结构/模头参数/涂布速度/涂布间隙等影响因素对涂布效率和涂层质量的定量关系，结合实验和仿真数据建立全面、准确的关系模型，确定不同的结构和工艺参数对涂层质量和效率的影响程度，有助于更加精准地预测和控制涂布过程，为涂布工艺仿真提供理论基础，为实际生产中工艺调整和优化提供指导。

（3）建立多维多场耦合的模型：从微观的粒子运动到宏观的流体动力学和热量传递，每个尺度需要考虑不同的温度场，以及它们之间的相互作用，通过建立多维多场耦合的模型，预测涂层厚度、孔隙率等关键性能指标，加入电化学模型，可以预测涂布工艺参数对电池性能的影响，通过综合考虑涂布工艺和电池的性能，可以实现涂布的高效化、可靠化，达到工业化生产指导的目标。

第一作者：曹巍（1999—），男，硕士研究生，研究方向为锂离子电池涂布工艺仿真，E-mail：caowei6790@163.com；

通讯作者：韩雪冰，博士，助理研究员，研究方向为智能电池管理，E-mail：hanxuebing@mail.tsinghua.edu.cn

通讯作者：郑岳久，博士，教授，研究方向为全生命周期电池管理，E-mail：yuejiu_zheng@163.com。

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