鋰離子電池極片輥壓工序詳解
時間:2020-05-04 15:09來源:鋰電派 作者:綜合報道
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極片輥壓是一個鋰離子電池生產過程中一個重要的環節，其目的是獲得符合設計要求的極片。輥壓是一個很有必要的工序，極片在涂布、干燥完成后，活物質與集流體箔片的剝離強度很低，此時需要對其進行輥壓，增強活物質與箔片的粘接強度，以防在電解液浸泡、電池使用過程中剝落。下面將詳細介紹：
1. 輥壓設備
輥壓設備需要具備的基本功能有：
（1）軋輥壓力調整及快速反應功能：輥壓機兩只軋輥之間的壓力調整是提高電池極片活性物質壓實密度的必要條件，由于涂布間歇、單雙面交錯等因素影響，兩輥之間的壓力調整必須快速反應。
（2）軋輥間隙調整及準確復位功能：輥壓機兩只軋輥之間的間隙調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整后需要準確復位。
（3）極片輥壓前后張力調整與與快速反應功能：電池極片輥壓過程中調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常發生瞬間突變，張力控制快速反應是防止斷帶的重要手段。
（4）軋輥無級調速與線速度同步功能：電池極片輥壓機在啟停過程中或根據工藝需要必須對兩只軋輥進行無級變速，同時確保兩只軋輥的線速度一致。
（5）極片輥壓溫度調整功能：調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）軋輥變形的矯正功能：電池極片輥壓過程或溫度調整過程中，兩只軋輥必然存在軸向撓曲變形和徑向鼓脹變形，矯正軋輥變形直接影響電池極片的厚度均勻性和壓實密度均勻性。
（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化程度的不斷提升，自動上下料、自動接帶、自動加壓、自動調隙、在線監測等都要求閉環控制甚至智能控制。
（8）軋輥清潔及維護保養功能：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量。輥壓機便于維護保養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的壓實密度及其均勻性，提高活性物質的附著力，提高表面粗糙度。輥壓過程遵從重量不變定律。
（2）垂直壓實與縱向延展。在輥壓過程中，兩只軋輥對電池極片的壓力實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的壓縮量大小和軋輥咬入角。在極片活性物質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）極片壓實密度均勻性與表面粗糙度。假設極片涂布厚度是均勻的，則電池極片壓實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、設備剛性穩定性、軋輥兩端的縫隙調整等。極片輥壓表面的粗糙度取決于活性物質顆粒大小和軋輥表面的粗糙度。
（4）集流體延伸與活性物質顆粒滑移。鋁箔或銅箔集流體在大輥徑軋輥輥壓設備上輥壓時很難延展，但是集流體上粘結的活性物質在水平壓力的推動下會發生滑移，進而帶動電池極片集流體延伸，延伸率影響了極片的平整性和導電性。
（5）電池極片局部延伸壓縮與內應力不均。電池極片涂布經涂布厚度存在誤差，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局部壓實密度并不均勻，局部延展與周邊壓縮并存造成了極片內應力不均勻，進而影響了電池極片板型的平整度。
（6）極片壓實密度、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的壓實密度和延伸率，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境濕度。輥壓速度慢會減小極片活性物質的彈性變形量，也就是輥壓后的厚度反彈量會變小。然而事實是當輥壓速度提高到一定數值時，極片輥壓后的厚度反彈量反而變小，這是因為環境濕度造成的。活性物質吸水量不僅影響了活性物質的表面堿性，也影響了厚度反彈量。
（8）極片輥壓內應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，此過程中進口張力影響極片的內應力分布，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，物質變形抗力都會隨著溫度升高而變小，塑性變形量也會隨之增大。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、輥壓設備的剛性穩定性差等等。這些問題不好調整，是來料及設備本身問題。
（2）極片出現鐮刀彎。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、調整極片前后張力等。
（6）極片出現斷帶。這種情況主要是張力不均勻不穩定、缺少張力快速響應機構、極片涂布邊緣凸起嚴重等所致。
（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，可調整各輥軸線平行度解決。
（8）軋輥表面出現麻點。這種情況是軋輥表面的疲勞點蝕，主要是軋輥材質及熱處理金相組織不均勻，輥面抗疲勞強度差引起的，也和軋輥表面粗糙度有關。
（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、環境濕度大所致。可以嘗試熱滾壓、慢速輥壓、高速滾壓、減低環境相對濕度等措施。
（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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