鋰離子電池極片輥壓工序詳解

時(shí)間:2020-05-04 15:09來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中輥壓線(xiàn)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(wú)級(jí)調(diào)速與線(xiàn)速度同步功能：電池極片輥壓機(jī)在啟停過(guò)程中或根據(jù)工藝需要必須對(duì)兩只軋輥進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，同時(shí)確保兩只軋輥的線(xiàn)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(guò)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(guò)程或溫度調(diào)整過(guò)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(guò)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(xiàn)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(guò)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(guò)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(guò)程遵從重量不變定律。
 
      （2）垂直壓實(shí)與縱向延展。在輥壓過(guò)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(xiàn)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�；�。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(xiàn)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(shuō)過(guò)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�；钚晕镔|(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(guò)程就是壓縮變形與延展變形的過(guò)程，此過(guò)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(shuō)來(lái)，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(méi)有明顯效果，足見(jiàn)極片輥壓影響因素的復(fù)雜性。
 
       3.  輥壓工序常見(jiàn)問(wèn)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(xiàn)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(wèn)題不好調(diào)整，是來(lái)料及設(shè)備本身問(wèn)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(xiàn)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(guò)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(guò)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?gòu)埩焖夙憫?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(xiàn)與各過(guò)棍軸線(xiàn)不平行所致，可調(diào)整各輥軸線(xiàn)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�？梢試L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。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 鋰離子電池 極片輥壓
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