鋰離子電池極片輥壓工序詳解
時(shí)間:2020-05-04 15:09來源:鋰電派 作者:綜合報(bào)道
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極片輥壓是一個(gè)鋰離子電池生產(chǎn)過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其目的是獲得符合設(shè)計(jì)要求的極片。輥壓是一個(gè)很有必要的工序，極片在涂布、干燥完成后，活物質(zhì)與集流體箔片的剝離強(qiáng)度很低，此時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行輥壓，增強(qiáng)活物質(zhì)與箔片的粘接強(qiáng)度，以防在電解液浸泡、電池使用過程中剝落。下面將詳細(xì)介紹：
1. 輥壓設(shè)備
輥壓設(shè)備需要具備的基本功能有：
（1）軋輥壓力調(diào)整及快速反應(yīng)功能：輥壓機(jī)兩只軋輥之間的壓力調(diào)整是提高電池極片活性物質(zhì)壓實(shí)密度的必要條件，由于涂布間歇、單雙面交錯(cuò)等因素影響，兩輥之間的壓力調(diào)整必須快速反應(yīng)。
（2）軋輥間隙調(diào)整及準(zhǔn)確復(fù)位功能：輥壓機(jī)兩只軋輥之間的間隙調(diào)整是獲得電池極片厚度的必要條件。由于極片涂布方式變化及極片接帶的需要，兩只軋輥之間的間隙快速調(diào)整后需要準(zhǔn)確復(fù)位。
（3）極片輥壓前后張力調(diào)整與與快速反應(yīng)功能：電池極片輥壓過程中調(diào)整前后張力可以控制電池極片的板型平整度。輥壓過程中輥壓線速度經(jīng)常發(fā)生瞬間突變，張力控制快速反應(yīng)是防止斷帶的重要手段。
（4）軋輥無級(jí)調(diào)速與線速度同步功能：電池極片輥壓機(jī)在啟停過程中或根據(jù)工藝需要必須對(duì)兩只軋輥進(jìn)行無級(jí)變速，同時(shí)確保兩只軋輥的線速度一致。
（5）極片輥壓溫度調(diào)整功能：調(diào)整電池極片輥壓溫度可以直接影響輥壓過程中的電池極片的變形抗力和塑性變形量。
（6）軋輥?zhàn)冃蔚某C正功能：電池極片輥壓過程或溫度調(diào)整過程中，兩只軋輥必然存在軸向撓曲變形和徑向鼓脹變形，矯正軋輥?zhàn)冃沃苯佑绊戨姵貥O片的厚度均勻性和壓實(shí)密度均勻性。
（7）極片輥壓過程的智能控制功能：隨著極片輥壓速度以及自動(dòng)化程度的不斷提升，自動(dòng)上下料、自動(dòng)接帶、自動(dòng)加壓、自動(dòng)調(diào)隙、在線監(jiān)測(cè)等都要求閉環(huán)控制甚至智能控制。
（8）軋輥清潔及維護(hù)保養(yǎng)功能：電池極片輥壓過程中兩只軋輥表面粘粉是常有的事，保持輥面清潔既可以減少軋輥磨損，還可以提高電池極片表面質(zhì)量。輥壓機(jī)便于維護(hù)保養(yǎng)也是非常必要的功能。
2. 輥壓過程和控制
（1）電池極片輥壓的基本機(jī)理：電池極片輥壓屬于粉末軋制，其目的是提高電池極片活性物質(zhì)的壓實(shí)密度及其均勻性，提高活性物質(zhì)的附著力，提高表面粗糙度。輥壓過程遵從重量不變定律。
（2）垂直壓實(shí)與縱向延展。在輥壓過程中，兩只軋輥對(duì)電池極片的壓力實(shí)際上是垂直壓力和水平壓力的合力，其大小取決于極片活性物質(zhì)的壓縮量大小和軋輥咬入角。在極片活性物質(zhì)壓縮量一定的前提下，垂直壓力和水平壓力的大小取決于兩只軋輥的咬入角，咬入角大則水平壓力大，咬入角小則垂直壓力大。壓實(shí)密度取決于垂直壓力大小，縱向延伸率取決于水平壓力大小。
（3）極片壓實(shí)密度均勻性與表面粗糙度。假設(shè)極片涂布厚度是均勻的，則電池極片壓實(shí)密度均勻性取決于兩只軋輥之間接觸母線的平行度，其影響因素主要是軋輥同軸度、輥身圓柱度、軸承精度、設(shè)備剛性穩(wěn)定性、軋輥兩端的縫隙調(diào)整等。極片輥壓表面的粗糙度取決于活性物質(zhì)顆粒大小和軋輥表面的粗糙度。
（4）集流體延伸與活性物質(zhì)顆粒滑移。鋁箔或銅箔集流體在大輥徑軋輥輥壓設(shè)備上輥壓時(shí)很難延展，但是集流體上粘結(jié)的活性物質(zhì)在水平壓力的推動(dòng)下會(huì)發(fā)生滑移，進(jìn)而帶動(dòng)電池極片集流體延伸，延伸率影響了極片的平整性和導(dǎo)電性。
（5）電池極片局部延伸壓縮與內(nèi)應(yīng)力不均。電池極片涂布經(jīng)涂布厚度存在誤差，兩只軋輥接觸母線平行度也存在誤差。為此電池極片上的活性物質(zhì)局部壓實(shí)密度并不均勻，局部延展與周邊壓縮并存造成了極片內(nèi)應(yīng)力不均勻，進(jìn)而影響了電池極片板型的平整度。
（6）極片壓實(shí)密度、延伸率與輥頸。前面說過兩只軋輥咬入角大小直接影響了極片活性物質(zhì)的壓實(shí)密度和延伸率，而軋輥輥身直徑的大小直接決定了咬入角大小。輥徑大則咬入角小，輥徑小則咬入角大。
（7）極片輥壓厚度反彈與輥壓速度和環(huán)境濕度。輥壓速度慢會(huì)減小極片活性物質(zhì)的彈性變形量，也就是輥壓后的厚度反彈量會(huì)變小。然而事實(shí)是當(dāng)輥壓速度提高到一定數(shù)值時(shí)，極片輥壓后的厚度反彈量反而變小，這是因?yàn)榄h(huán)境濕度造成的。活性物質(zhì)吸水量不僅影響了活性物質(zhì)的表面堿性，也影響了厚度反彈量。
（8）極片輥壓內(nèi)應(yīng)力不均勻與張力控制。極片輥壓的過程就是壓縮變形與延展變形的過程，此過程中進(jìn)口張力影響極片的內(nèi)應(yīng)力分布，出口張力影響極片的板型平整度。
（9）熱輥壓與極片的變形抗力。一般說來，物質(zhì)變形抗力都會(huì)隨著溫度升高而變小，塑性變形量也會(huì)隨之增大。極片熱輥壓還有利于減少軋輥表面磨損。但就極片冷熱輥壓的比較一直沒有明顯效果，足見極片輥壓影響因素的復(fù)雜性。
3. 輥壓工序常見問題和解決
（1）極片厚度不均勻。引起極片滾壓厚度不均勻的因素很多，如極片涂布厚度不均勻、軋輥同軸度誤差、軋輥圓柱度誤差、軋輥接觸母線不平行、軋輥軸向撓曲變形、輥壓設(shè)備的剛性穩(wěn)定性差等等。這些問題不好調(diào)整，是來料及設(shè)備本身問題。
（2）極片出現(xiàn)鐮刀彎。這種情況主要是兩只軋輥接觸母線不平行或極片涂布兩邊厚度不一樣所致。
（3）極片出現(xiàn)波浪邊。這種情況主要是極片滾壓過程中延展率比較大造成的。誘因是輥身直徑小、極片滾壓前張力小、極片厚度壓縮量大、極片涂布兩邊凸起等等。
（4）極片表面出現(xiàn)暗條紋。這種情況主要是軋輥表面存在振紋、輥身圓柱度誤差大、前張力小且不均勻所致。
（5）極片出現(xiàn)卷邊。這種情況就是極片延伸率過大所致。解決方法主要是加大輥身直徑、減小極片壓縮量、調(diào)整極片前后張力等。
（6）極片出現(xiàn)斷帶。這種情況主要是張力不均勻不穩(wěn)定、缺少張力快速響應(yīng)機(jī)構(gòu)、極片涂布邊緣凸起嚴(yán)重等所致。
（7）極片兩邊張力松緊不同。這種情況主要是軋輥軸線與各過棍軸線不平行所致，可調(diào)整各輥軸線平行度解決。
（8）軋輥表面出現(xiàn)麻點(diǎn)。這種情況是軋輥表面的疲勞點(diǎn)蝕，主要是軋輥材質(zhì)及熱處理金相組織不均勻，輥面抗疲勞強(qiáng)度差引起的，也和軋輥表面粗糙度有關(guān)。
（9）極片滾壓厚度反彈。這種情況主要是極片滾壓后殘余彈性變形量大、環(huán)境濕度大所致。可以嘗試熱滾壓、慢速輥壓、高速滾壓、減低環(huán)境相對(duì)濕度等措施。
（10）極片板型不平整。這種情況主要是由于極片滾壓變形量不均勻、前后張力小且不均勻或極片涂布厚度誤差所致。
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