Kaplama Yöntemlerinin Seçimi Nedir?

Kaplama Yöntemlerinin Seçimi Nedir?

Birçok kaplama yöntemi vardır. Daldırma kaplama yöntemleri arasında daldırmalı kaplama, rulo kaplama, bıçak kaplama ve tel-sarılmış çubuk kaplama vb. yer alır. Önceden belirlenmiş miktar kaplama yöntemleri arasında kaydırarak kaplama, yarık-kalıp kaplama, ekstrüzyon kaplama ve perde kaplama vb. yer alır. Yukarıda birkaç kaplama yöntemini daha önce ayrıntılı olarak tartışmıştık. Aşağıda diğer kaplama yöntemlerini kısaca tanıtacağız.

Daldırarak kaplama, Şekil 5-89'da gösterildiği gibi, ağın sürekli olarak bulamaç tankına daldırıldığı ve bulamaç tankının dışına çekildiği ve fazla bulamacın tanka geri aktığı bir kaplama yöntemidir. Daldırma kaplama genellikle çift-taraflı kaplamadır, dolayısıyla ağın her iki tarafındaki kaplama kalınlığının tutarlı olmasını sağlamak için ağın çekme yönü genellikle sıvı yüzeyine diktir. Genellikle kaplama kalınlığı viskoziteye, yoğunluğa, hat hızına ve çekme açısına bağlıdır. Ağ yüzeyindeki bulamaç kaplama kalınlığı, bulamaç viskozitesi ve kaplama hızı arttıkça kalınlaşır. Elbette daldırma kaplama, karmaşık iş parçalarının aralıklı çalışması için de uygundur, ancak solventin buharlaşma hızı hızlı olduğunda akış meydana gelecektir.

Fig 5-89 Dip Coating Method

Bıçak kaplama, Şekil 5-90'da gösterildiği gibi, kaplama rulosu veya ağ üzerindeki bulamaç kaplama kalınlığını belirtilen kalınlığa indirmek için bir bıçak kullanan bir kaplama yöntemidir. Bunlar arasında, havalı-bıçak kaplamanın kaplama kalınlığı ve kaplama ağırlığı, hava-bıçak basıncına ve hava jeti hızına bağlıdır ve özellikle düşük-viskoziteli veya orta-düşük-viskoziteli su-bazlı bulamaçların kaplanması için uygundur. Organik solvent bazlı bulamaçlar kullanıldığında, büyük miktarda hava ve yanıcı solvent buharından patlayıcı karışımların oluşmasını önlemeye dikkat edilmelidir.

Fig 5-90 Blade Coating

Perde kaplama, bulamacın bir yuvadan ekstrüzyona tabi tutulduğu ve sıvı perde şeklinde doğrudan akan ağ üzerine düştüğü bir kaplama yöntemidir. Şekil 5-91'de gösterildiği gibi önceden ayarlanmış miktar kaplama yöntemine aittir. Ekstrüzyon kalıp dudağı ile ağ arasındaki mesafenin fazla olması ve perde üzerinde hava kabarcığı olmaması nedeniyle çekme, çizilme gibi kusurların giderilmesinde üstün avantajlara sahiptir. Perdenin kinetik enerjisinin daha yüksek olması nedeniyle menisküsün stabilize edilmesine yardımcı olur, böylece daha yüksek kaplama hızı elde edilebilir. Hat hızı 100 m/dak'nın üzerine çıkabilmektedir ve yüksek hassasiyetli akü kaplama çözümlerinde giderek daha fazla benimsenmektedir.

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

Tel-sarılmış çubuk kaplama, Şekil 5-92'de gösterildiği gibi sıvıyı yumuşak bir ağ üzerinde eşit şekilde kaplamak için tel-sarılmış ölçüm çubuğu kullanan bir kaplama yöntemidir. Tel-sarılmış çubuk, cilalı paslanmaz çelik telin bir göbek çubuğun etrafına sıkıca sarılmasıyla yapılır. Tel-sarılmış çubuğa aynı zamanda kaplama çubuğu veya doktor çubuğu da denir. Sargı teli çok ince olduğunda kaplama kalınlığı doğruluğu birkaç mikrona kadar ulaşabilir. Düşük-viskoziteli sıvı, sarılmış metal tel üzerinde kolaylıkla aktığı için, düşük viskoziteli sıvıların kaplanması için uygundur. Özel kaplama çubukları kullanıldığında kaplama viskozitesi nispeten yüksek olabilir ve kaplama kalınlığı 225 μm'ye ulaşabilir. Çubuk kaplama hızı genel olarak 304 m/dak ile sınırlıdır.

Kaplama yönteminin seçimi, dikkate alınması gereken birçok faktörün bulunduğu sistematik bir projedir. Kaplama yöntemini seçerken dikkate alınması gereken ana faktörler şunlardır:

Çoğu kaplama yöntemi, her seferinde bir katmanın kaplanması için uygundur ve önceki katman kuruduktan sonra başka bir katman kaplanır. Renkli film kaplamada aynı anda en az 9 katmanı kaplayabilen kayan kaplama gibi bazı yöntemler aynı anda birden fazla katmanı kaplayabilir. Perde kaplamanın kaplama başlığı, kayar kaplama başlığıdır ve kaplama katmanı da kenardan aşağı doğru akar, böylece çok katmanlı kaplama da gerçekleştirilebilir. Yuva-kalıp kaplama ve ekstrüzyon kaplama genellikle tek-katmanlı kaplama gerçekleştirir, ancak lityum-iyon pil üreticilerinin yaygın olarak ihtiyaç duyduğu çok katmanlı kaplama için iki veya üç ekstrüzyon yuvasına da sahip olabilirler.

Tel-sarılmış çubuk kaplama, ince-katmanlı kaplama için uygundur; ekstrüzyon kaplama, ters rulo kaplama ve perde kaplama, 400–750 μm'ye ulaşabilen kalın kaplama için uygundur. Genel olarak konuşursak, kaplama ne kadar ince olursa kaplama zorluğu da o kadar büyük olur. Burada belirtilen kalınlığın yaş kaplama kalınlığı olduğunu, kuru kaplama ile yaş kaplama arasındaki farkın çok büyük olduğunu belirtmek gerekir.

Viskozite ve viskoelastisite reolojik özellikleri yansıtan fiziksel niceliklerdir. Her kaplama yönteminin belirli bir uygun viskozite ve kayma hızı aralığı vardır. Bulamaç viskozitesi en iyi şekilde kaplama kesme hızında ölçülen viskoziteye göre seçilir, çünkü viskozite kesme hızıyla birlikte değişir. Önde gelen lityum-iyon pil malzemesi tedarikçileri tarafından sağlanan lityum pil bulamacı formülasyonu için hassas viskozite kontrolü, proses stabilitesinde önemli bir faktör haline geldi. Bununla birlikte, önceden belirlenmiş miktar kaplama prosesinde, bulamacın maruz kaldığı kesme hızı genellikle çok yüksektir, dolayısıyla mevcut cihazlarla bu kadar yüksek kesme hızına ulaşmak zordur, dolayısıyla viskozite tahmini kabadır ve son olarak deneysel sonuçlar geçerli olacaktır. Viskoelastisite çok önemli olmasına rağmen tahmin edilmesi zordur. Bir miktar viskoelastisite, belirli kaplamaların çalışmasını iyileştirmeye yardımcı olur, ancak yüksek viskoelastisite, gecikmeli sürükleme kusurlarına neden olabilir.

Hassas slot-kalıp kaplama, slayt kaplama ve perde kaplama daha yüksek kaplama hassasiyetine sahipken, diğer kaplama yöntemlerinin hassasiyeti akışkan özelliklerine, silindir geometrisine, dönüş hızına ve diğer faktörlere bağlıdır. Her kaplama yönteminin, kaplama cihazının yapısına ve çalışma moduna bağlı olarak geniş bir kaplama aralığı vardır. Sadece akü elektrot kaplama ekipmanının çok hassas bir şekilde optimize edilmesiyle iyi kaplama sonuçları elde edilebilir.

Web,-geçirgen olmayabilir veya geçirgen olabilir. Geçirgen ağ için gözenekler kaplamadan önce kapatılabilir. Ağdaki pürüzlülüğü ve yüzey gerilimini de dikkate almak gerekir. Bulamacın yüzey gerilimi ağınkinden daha düşük olmalıdır.

Kaplama hızı üretim verimliliği ile ilgilidir. Mümkün olduğunda kaplama hızı ne kadar hızlı olursa o kadar iyidir. Tüm kaplama yöntemlerinin kaplama hızı sınırları vardır, ancak bazı yöntemler yüksek-hızlı kaplamada daha iyidir. Perde kaplama, perdenin yırtılmamasını sağlamak için minimum bir akış hızı gerektirir, dolayısıyla katman ince olduğunda yüksek-hızlı kaplama gerçekleştirilemez. Kaydırmalı kaplamada kaplama tabakası çok ince olduğunda kaplama tabakası kararsız olacaktır. Daha yüksek hız ve daha kalın kaplama katmanı, kaplama kararsızlığının önlenmesine yardımcı olur. Benzer şekilde, pürüzsüz ve geçirgen olmayan- ağ daha yüksek hızda kaplanabilir. Kaplama hızı aynı zamanda kurutma bölümünün uzunluğuyla da ilgilidir. Kurutma bölümü ne kadar uzun olursa, kurutma hızının arttırılması o kadar avantajlı olur.

Kaplama yöntemleri ve bunların uygulanabilir aralıkları Tablo 5-6'da gösterilmektedir.

Kategori	Kaplama yöntemi	Kesme hızı /s⁻¹	Viskozite /Pa·s	Islak kalınlık /μm	Kaplama hassasiyeti /%	Maksimum hız /(m/dak)	Web pürüzlülüğünün etkisi
Tesviye	Tesviye	0.01-0.10	-	-	-	-	-
	Hava bıçağı	-	0.005-0.5	2-40	5	500	Yüksek
	Tel-sarılmış çubuk kaplama	-	0.02-1	5-50	10	250	Yüksek
Tek katman	Bıçak kaplama	1000-10000	0.5-40	1-30	-	1500	Yüksek
		20-40000
	Ters rulo kaplama	100-10000	0.1-50	5-400	5	300	Hafif
		1000-100000
	Slot-kalıp kaplama	3000-100000	0.005-20	15-250	2	400	Hafif
	Ekstrüzyon kaplama	-	50-5000	15-750	5	700	-
Çok katmanlı	Slayt kaplama	1000-10000	0.005-0.5	15-250	2	300	Hafif
		3000-12000
	Perde kaplama	1000-10000	0.005-0.5	2-500	2	300	Hafif

Lityum-iyon pil elektrot levhaları için kaplama yöntemleri öncelikle rulo kaplama ve ekstrüzyon kaplamadır. Ters rulo kaplama daha yüksek bir kesme hızı gerektirir, biraz daha yüksek viskoziteye sahip bulamaç için uygundur, daha kalın kaplama filmi ve iyi kaplama kalitesi elde eder ve şu anda lityum-iyon piller için en yaygın kullanılan kaplama yöntemidir. Ekstrüzyon kaplama, endüstride nispeten gelişmiş bir kaplama teknolojisini temsil eder. Kaplama sırasında bulamaca belirli bir basınç uygulanır ve bu, daha yüksek viskoziteli bulamacın kaplanması için kullanılabilir. Elde edilen elektrot tabakası daha yüksek hassasiyete ve hızlı kaplama hızına sahiptir. Lityum pil teknolojisinin sürekli gelişmesi ve lityum-iyon pil üreticilerinin daha yüksek enerji yoğunluğu ve tutarlılığa yönelik artan talebiyle birlikte, son teknoloji-akü elektrodu kaplama ekipmanı ve yüksek-hassas pil kaplama çözümleriyle desteklenen ekstrüzyon kaplama, yeni-nesil üretim hatlarında daha yaygın olarak kullanılacaktır.