總結(jié)極片輥壓工藝與關(guān)鍵控制要素

【技術(shù)π】吐血總結(jié)極片輥壓工藝與關(guān)鍵控制要素鋰電派2017-08-01點擊標題下「鋰電派」可快速關(guān)注敬告：本文為本公眾號原創(chuàng)首發(fā)，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系本公眾號并注明公眾號鏈接ππ說鋰離子電池的極片制作主要分為漿料制作、集流體涂覆、極片輥壓、極片分條和極片干燥等過程。在之前的文章中，筆者介紹了漿料攪拌和極片涂布的技術(shù)要點，今天跟大家分享下極片輥壓過程中的部分經(jīng)驗。一、工作過程極片輥壓一般由雙輥壓機完成，雙輥壓機是由兩個鑄鋼壓實輥以及電機和傳動軸組成。輥壓機在非工作狀態(tài)時需要涂一層薄油層，以防其生銹，在使用前用無水乙醇將油層擦干凈，并清理收放卷機構(gòu)、自動糾偏機構(gòu)、輥以及其它與極片接觸的可能沾有雜質(zhì)的位置。將涂布完成的極片，固定于放卷機構(gòu)后，將極片正確穿過雙輥間隙，并連接收卷系統(tǒng)。開啟輥壓模式后，電機帶動上下輥同時轉(zhuǎn)動，收卷機構(gòu)拉動極片將穩(wěn)步穿過輥壓間隙，最終被壓到所需壓實密度。二、輥壓目的輥壓的最終目的是獲得符合設(shè)計要求的極片。什么是符合設(shè)計要求？就是要求極片的相關(guān)參數(shù)：面密度多少、壓實密度多少、粘接性怎樣、顆粒完整度、翹曲大小等等滿足電芯的設(shè)計要求。輥壓的必要性：極片在涂布、干燥完成后，活物質(zhì)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(zhì)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。三、輥壓過程中存在的問題及解決辦法1.極片斷裂在極片輥壓的過程中，常常會走著走著極片突然斷裂的現(xiàn)象，斷裂不僅影響工作效率，還對后續(xù)的分切、卷繞等工序造成困擾。其原因有兩點：①在涂布過程中，若在極片表面留有小顆粒等質(zhì)地不均現(xiàn)象，則在輥壓時，小顆粒受到雙輥壓力，便向箔帶方向擠壓，顆粒體較軟的可被碾成粉末繼而脫落，顆粒體較硬的會擠壓箔帶，造成箔帶破孔甚至箔帶斷裂。②涂布過程中，如果極片表面面密度不同，則在輥壓過程中會出現(xiàn)一片過輥壓而另外一片輥壓不足。在極片走帶過程中，張力控制相同的情況下，輥壓不足的地方則會出現(xiàn)部分活物質(zhì)脫落甚至斷箔的現(xiàn)象?？刂剖站韽埩Γ乐未箢w粒雜質(zhì)落到極片表面可以有效減少極片斷裂。2.極片翹曲嚴重極片經(jīng)過輥壓后，有時候極片會呈較大程度的內(nèi)凹外凸的現(xiàn)象，此種現(xiàn)象出現(xiàn)不利于極片分切、卷繞。在涂布工藝中有一個重要的問題是“厚邊”，厚邊現(xiàn)象是輥壓后極片翹曲的重要原因。由于邊緣厚度較中間部位大幾微米或十幾微米，輥壓軋輥壓力作用在極片上時，邊緣厚度大的區(qū)域承受更大的軋制力，從而導(dǎo)致極片輥壓壓實橫向密度不一致，造成了極片輥壓后翹曲嚴重，對后續(xù)的分切工藝也會產(chǎn)生不利影響?？刂坡N曲，關(guān)鍵還是要控制極片涂布質(zhì)量，通過控制漿料表面張力、泵壓、走帶速度、輥壓壓力等參數(shù)可以有效減少極片翹曲的情況。當然，是在滿足設(shè)計要求的條件下。3.極片橫向、縱向厚度不同橫向：在極片輥壓過程中，常出現(xiàn)測量左右極片厚度不一致的情況。當極片左右厚度不一致時，需首先排除極片涂布過程中的影響，當測試未輥壓的極片左右厚度一致時，則需要對輥壓壓力進行左右調(diào)節(jié)，以保證極片輥壓后左右壓實密度一致。在輥壓過程中要定時對極片進行測試，以防輥壓途中壓力發(fā)生變動?？v向：有時會出現(xiàn)極片經(jīng)過輥壓后，測試極片厚度符合要求，但是在分切時又出現(xiàn)厚度增加的現(xiàn)象。此為極片的反彈現(xiàn)象，極片反彈一是極片內(nèi)部水分較多，而是輥壓時速度太快。極片反彈問題可以通過使用熱輥工藝和控制輥壓速度解決。熱輥的好處有：①去除極片的里面的水分②減少極片的在軋制后的材料反彈。③由于極片在加熱過程中材料處于熔融狀態(tài)，熱軋可以增加活性物質(zhì)與流體之間的粘合力④減少極片的內(nèi)應(yīng)力，因為在分切活模切時，減少極片的內(nèi)應(yīng)力的釋放影響的不良⑤降低電池極片的變形抗力，有利于提高活性物質(zhì)的吸液量。4.極片波浪邊嚴重極片涂布之后，除活物質(zhì)外還有部分銅鋁箔外露，在極片經(jīng)過輥壓之后，外露的銅鋁箔邊出現(xiàn)較密集的波浪紋路。此種現(xiàn)象的出現(xiàn)會影響電芯的卷繞、熱壓、極耳焊接等工藝，一定要杜絕。產(chǎn)生波浪邊的原因是：銅箔和鋁箔都是利用銅鋁塊經(jīng)過擠壓壓片制成的，具有很好的金屬加工性和延展性。當極片在輥壓的過程中，活物質(zhì)之間相互擠壓，并對銅箔、鋁箔施加了一定的壓力，則會產(chǎn)生一定的延展。在輥壓時，沒有活物質(zhì)涂覆的部分沒有發(fā)生延展，而有活物質(zhì)的極片在輥壓力作用下產(chǎn)生延展，延展不一在外觀上形成箔帶邊緣的波浪形皺褶，平行的波浪痕跡與箔帶運動方向垂直。附著在皺褶箔帶上的活性物質(zhì)易發(fā)生裂縫、凸起或脫落。設(shè)計合理的涂布面密度和輥壓壓實密度可以減少極片波浪邊的發(fā)生。另外，輥輪不平時也會導(dǎo)致波浪邊。此外還有一些操作失誤，如測量極片厚度時刮料、問題點沒有及時標記等人為失誤，可以通過加強培訓(xùn)提高意識來解決。四、輥壓工藝對電芯的影響1.輥壓情況對極片加工狀態(tài)的影響輥壓后極片的理想狀態(tài)是極片表面平整、在光下光澤度一致、留白部分無明顯波浪、極片無大程度翹曲。但是，在實際生產(chǎn)中操作熟練度、設(shè)備運行情況等都會引起部分問題的產(chǎn)生。最直接的影響是影響極片分切，分切極片寬度不一致，極片出現(xiàn)毛刺；輥壓結(jié)果影響極片的卷繞，嚴重的翹曲會造成極片卷繞過程中極片、隔膜間產(chǎn)生較大的空隙，在熱壓后會形成某些部分多層隔膜疊加，成為應(yīng)力集中點，影響電芯性能。2.輥壓情況對電芯性能的影響輥壓過程會出現(xiàn)的幾個典型問題是：①極片厚度不一致。厚度不一致，意味著活物質(zhì)密度不一致，鋰離子和電子在極片中傳輸、傳導(dǎo)速率則會有所不同。當電流密度不同時，極易引起枝晶鋰的析出，對電芯性能不利。此外，極片厚度不同時，活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻也是不同的，極片越厚內(nèi)阻越大，電池極化也就越嚴重，影響電芯容量。②極片部分位置出現(xiàn)過壓。由于涂布時部分位置厚度過厚，輥壓后則有可能出現(xiàn)過壓的現(xiàn)象。過壓的位置活物質(zhì)顆粒出現(xiàn)破碎，活物質(zhì)顆粒間接觸緊密，在電芯充放電過程中，電子導(dǎo)電性增強，但離子移動通道減小或堵塞，不利于容量發(fā)揮，放電過程中極化增大，電壓下降，容量減小。同時，過壓后影響電解液的浸潤效果，對電芯的性能也有很大的影響。五、總結(jié)鋰離子電池制作過程中有很