電池一致性控制不好，很大程度上會影響電池組性能的發揮和循環壽命，甚至有可能引發著火、爆炸等安全事故。
 

      在鋰離子電池生產工藝中，包括攪拌、涂布、輥壓，裁片、卷繞、封裝/注液、化成、分組等幾十多個工序，工藝繁瑣，控制點眾多。
 

      目前，我國還沒有相關的行業和國家標準出臺，不同生產廠家由于工藝和設備能力不一致，所生產電池在容量、循環等方面性能不一致。甚至同一個廠家不同時期的產品也很難達到一致，這就給新能源汽車的安全埋下隱患。
 

 一
 

      極片的輥壓工藝，是極片加工的最后一道工序，決定著正負極極片的最終壓實密度和孔隙率，對鋰離子電池的容量和衰減有著決定性的影響。
 

      壓輥工藝和金屬材料成形中的軋制工藝是相同的，只是壓制材料不同，前者是鋰離子電池用正負極片，而后者通常是以各種金屬為加工對象。
 

      相比而言，極片壓輥工藝對精度的要求要比金屬軋制更高，尤其是隨著新能源汽車等對鋰離子電池容量和衰減一致性的要求不斷提高，正負極極片的厚度也受到了越來越多技術人員的重視。
 

      通常情況下，涂布烘干后的電極極片以卷繞的形式儲存。輥壓之前，極片開卷，將極片以一定的張力送入輥壓機的上輥和下輥之間，其中上輥是固定不動，下輥在液壓缸的作用下，緩慢向上運動，和上輥共同作用，將極片壓制成預先設計的厚度，如圖1。
 

      在壓輥的兩端，分別設計安裝2個楔塊，可以防止壓輥在沿軸向方向上的運動和變形，增加設備的穩定性。
 

      在輥壓的過程中，為了將正負極極片壓制到合適的厚度，需要輥壓力較大，輥壓力的反作用力會作用在壓輥上，并通過壓輥的軸承傳遞到設備整體結構上。
 

      可以將壓輥看作一個簡支梁的問題，由于楔塊的存在，不考慮沿壓輥軸線長度方向上的變形，只考慮在鉛垂方向上壓輥由于受到極片反作用力的彈性變形和撓曲變形。
 

      在極片輥壓過程中，撓曲變形是必然的，且隨著輥壓力的增加，撓曲變形程度也會越大，正極極片的撓曲變形大于負極極片，撓曲變形的最大值出現在壓輥中線位置。
 

      此外，壓輥直徑的增加，可以使其界面的轉動慣量增加，從而減小撓曲變形。在壓輥材料方面，可以選擇彈性模量相對較大的材料，彈性模量越大，一定工藝條件下，撓曲變形會變得越小。
 

      在實際生產過程中，極片中心線和壓輥中心線很難完全重合，總會有一定的偏差。
 

      假定極片左側邊緣距離壓輥左側距離為a，極片中心線距離壓輥左側距離為a1，極片中心線距離壓輥右側距離為a2，如圖2。
 

圖 2.  載荷非對稱分布簡支梁受力 
 

      如果極片中心線和壓輥中心線距離偏離了50 mm，其他數據仍然采用對稱分布載荷的數據，可以推算出極片中心與壓輥中心的偏移，造成了極片輥壓撓曲變形進一步增加，且隨著偏移距離的增加，撓曲變形的程度也會不斷擴大。
 

      此外，輥壓極片的寬度對撓曲變形也有影響，兩者呈正比關系，即極片寬度b越大，會造成撓曲變形也相應地越大，極片中心與壓輥中心重合時，撓曲變形最小。
 

 二
 

      采用高溫油對壓輥加熱是一種常見的加熱方式，一般采用在壓輥內部設置油路，通過保持恒定溫度的油對壓輥進行加熱，再利用一定溫度的壓輥對正負極片壓實。
 

      為保持整個壓輥溫度的均勻性，油路的設計一般為環形結構，并在軸心線上設置一個內徑稍大的孔，作為高溫油的回路，如圖3。
 

圖3. 油路加熱壓輥截面
 

      這種截面的轉動慣量可以根據轉動慣量的定義，采用相關軟件進行計算。這種有多個圓孔的壓輥截面，其轉動慣量也是會小于實心截面壓輥的。其減小的幅度，與所設計的油路尺寸、位置等多種因素有關。
 

      環形油路的壓輥工藝中，由于壓輥轉動慣量變小，在一定的輥壓壓力作用下，其最大撓曲變形將會增加。
 

      此外，由于是高溫輥壓工藝，正極或者負極材料在較高的溫度下進行變形，同樣的壓實密度下，所需的輥壓力會變小，從而壓輥的撓曲變形也會成比例減小。
 

      最終的撓曲變形，其增加或者減小，要取決于多種綜合因素。在正負極極片輥壓工藝中，壓力很大，尤其是正極材料，為了達到合適的壓實密度，壓力可以高達百噸，在這么大的作用力下，壓輥發生彈性變形是必然的，塑性變形也不是不可能的。
 

      不過，現在越來越多的企業采用高溫精密輥壓機，這種熱壓工藝，不同于室溫冷壓工藝，是通過提高壓機速度，從而提高生產效率，并使得在同樣的壓縮比下，所需壓力比冷壓下降40%~50%，并在一定程度上優化了極片內部微觀結構，提高了電池容量。
 

      總的來說，壓輥的撓曲變形是造成鋰離子電池正負極片厚度不一致性的根本原因，其因素是多方面的。
 

      首先壓力越大，撓曲變形也越大，極片厚度不一致性增加。壓輥直徑越大，由于轉動慣量大，撓曲變形小，但壓輥直徑大，會增加壓輥與極片的接觸面積，為了一定的壓實密度，則需要相應提高設備壓力，又一定程度上增加了撓曲變形。
 

      此外，壓輥材料對撓曲和彈性變形的影響主要體現在彈性模量上，模量越大，變形越小。極片寬度也會影響撓曲變形，極片寬度越大，撓曲變形也越大。
 

      在輥壓工藝中，盡量將極片中心線和壓輥中心線對齊，兩者有偏移會增加撓曲變形，從而增加極片厚度的不一致性，兩者偏移距離越大，撓曲變形也隨著增加。
 

      其次，在輥壓過程中，一定有彈性變形發生，尤其正極材料，彈性變形較大，但這種彈性變形不會增加極片厚度的不一致性。
 

      最后是電磁感應空心壓輥，相比同樣外徑的實心軸，撓度變形增加，油回路壓輥，也會增加撓曲變形，同時壓輥溫度升高后，又會影響壓輥的彈性模量，進而影響撓曲變形。