鋰電池極片輥壓工藝基礎(chǔ)解析

鋰池輥工礎(chǔ)析

鋰電池片壓工藝礎(chǔ)析鋰離子池極片制造般工藝程為：活性質(zhì)，粘劑和導(dǎo)電劑混合制備成料，然后涂在銅或集流體兩面經(jīng)干燥去除溶劑形極片，片顆粒層經(jīng)過壓實密化，裁切或分條輥壓是電池極片最用的壓工藝，對于其他工過程，壓對極片孔結(jié)構(gòu)的變巨大，而也會影導(dǎo)電劑分布狀態(tài)，而影響池的電化學(xué)能。為獲得最優(yōu)化孔洞結(jié)，充分認(rèn)和理解輥壓實工藝程是十分重的。輥壓工基本過程工業(yè)生上，鋰電池片一般用對輥機(jī)連輥壓壓，如圖1示，在此過程，兩面涂敷粒涂層極片被送入輥的間中，在軋輥載荷作下涂層壓實，從輥出來后極片會發(fā)生性回彈致厚度增加因此，縫大小軋制載荷是個重要參數(shù)，一般，輥縫小于要求的片最終度，或荷作用能使層被壓。另外，輥速度的小直接決定荷作用極片上保持時間，會影響片的回彈，終影響片的涂層密和孔隙。

LCLNcLCLNc0cc圖極片壓過程意圖在軋制度下，極片過輥縫，線載荷可式（計算：q=F/W其中，為作用在極片的線載，F(xiàn)為作在極上的軋力，Wc為極片涂的寬度。輥壓過極片微觀結(jié)的演變通過輥，片被壓，層密由初始ρ變?yōu)?。壓實密度可由，式?）計算

ECECECEC其中，m為單位面積的電極片重，為單位面內(nèi)的集體重量，h為電極厚度，為集流厚度。壓實密度與片孔隙相關(guān)，物理的涂層孔率

ε

可由式（3計算其含義顆粒部的孔和顆粒之間孔隙在涂層體積分?jǐn)?shù)：其中，為層各組材料均物理密度。在實際輥壓工藝中隨著軋壓力變化，片涂層實密度具有定規(guī)律，圖2為片涂層度與制壓力關(guān)系。圖極片層密度與軋壓力的系曲線區(qū)，為第一階。此階壓力相對較，涂層顆粒產(chǎn)生位，孔隙被填，壓力稍有加時，片的密度快增加，片的相對密變化有律。

曲線區(qū)域，為第二段。此階段力繼續(xù)加，極片經(jīng)縮后，度已增高。隙已被填充漿料顆產(chǎn)生了更大壓實阻。壓力再繼提高，極片密增加較少。此時漿顆粒間的位已經(jīng)減，顆粒大量變形還開始。曲線區(qū)域，第三階。當(dāng)壓力超一定值，壓力增加片密度會繼續(xù)增，隨后又逐平緩下。這是因為壓力超漿料顆粒的界壓力，顆粒開變形、破碎顆粒內(nèi)的孔隙也被充，使片密度繼續(xù)大。但壓力繼增加，極片度的變逐漸平緩。實際極軋制過程的況十分雜。在第一段，粉體的致密化然以漿料顆的位移為主但同時有少量的變。在第階段，致密以漿料粒的變?yōu)橹?，同時會存在量位移。另外，于正負(fù)極材本身性差異，正負(fù)極片輥過程微觀結(jié)變化也不相。正極顆粒料硬度，不容易產(chǎn)變形，石墨負(fù)極硬小，壓過程會生塑性變形如圖3所。中等程度壓實會輕石墨的塑變形量鋰離子入和脫出阻更小，池循環(huán)穩(wěn)定更好。載荷過大可導(dǎo)致顆破碎。極極片中由活性物導(dǎo)電性很差與負(fù)極比，輥壓過引起導(dǎo)劑分布化對電子傳影響更顯。

圖3負(fù)極極片壓顆粒移和變形示圖壓實密對電化學(xué)性的影響在電池片中，電子導(dǎo)主要過多孔結(jié)構(gòu)的活性質(zhì)和導(dǎo)電劑行，而鋰離傳導(dǎo)主要通多孔結(jié)中的電解液進(jìn)行，解液填充在孔電極孔隙中鋰離子在孔內(nèi)通過解液傳導(dǎo)，離子的導(dǎo)特性與孔率密切關(guān)?？茁试酱螅嘤陔娊庀囿w積分?jǐn)?shù)高，鋰子有效電導(dǎo)越大。電子通活物質(zhì)或碳相等固傳導(dǎo)，固相體積分，迂曲度又接決定子有效導(dǎo)率。孔隙和固相體積分?jǐn)?shù)是互矛盾，孔隙率大然導(dǎo)致相體積數(shù)降低，因，鋰離和電子的有傳導(dǎo)特也是相互矛的。一方面壓實極片改電極中粒在之間的觸，以電極涂層和流體之間的觸面積，降不可逆量損失接觸阻和交阻抗。另一面，壓太高，隙率損失，隙的迂度增加，顆發(fā)生取，或活物質(zhì)粒表面

合劑被壓，限制鋰的擴(kuò)散離嵌入/脫，鋰子擴(kuò)散力增加，電倍率性能下。輥壓工參數(shù)的影響律前面提輥壓工藝直決定極的多孔結(jié)構(gòu)而線載、速度等輥工藝參數(shù)對片微觀結(jié)構(gòu)底有什樣的影響呢德國布瑞克工業(yè)大研究人等做了關(guān)的究。他們研發(fā)現(xiàn)，鋰離電池極的壓實過程遵循粉冶金領(lǐng)域的數(shù)公式（4），這示了涂密度孔隙率壓實載荷之的關(guān)系其中，和可以通實驗數(shù)據(jù)擬得到，別表示某工條件下層能夠達(dá)到最大壓實密以及涂層壓阻抗。表實驗正負(fù)極片參數(shù)

研究者表中示NCM三正極極和石負(fù)極極進(jìn)行輥壓實，研究輥壓藝參數(shù)對極涂層密和孔隙率的響規(guī)律根據(jù)材料物真密度算，孔隙率為0%時正極涂層度應(yīng)該為g/cc負(fù)極涂密度應(yīng)該為2.2g/cc。而實際根據(jù)實數(shù)據(jù)擬合得了參數(shù)見表2表明正涂層達(dá)到的大密度3.2g/cc負(fù)極約1.7g/cc。圖輥壓線載荷正負(fù)極片涂層密度關(guān)系，同的荷和輥線速度條件采集實驗數(shù)點，然采用指數(shù)方（4）對數(shù)進(jìn)行擬，得相應(yīng)的方程合參數(shù)，列表2。表示為涂的壓實抗，較低值明隨著載荷增加涂層密度能較快達(dá)最大值，而高的阻值表明涂層度較慢到最大。從圖和表2可見，壓速度涂層密度影較小，小的速度導(dǎo)致涂密度略微增。另外正負(fù)極極片壓實過差異大，正極片壓阻抗大為負(fù)極的一多，這由于正負(fù)極料特性異引起的，極顆粒度大，實阻抗大，負(fù)極顆硬度小，壓阻抗小更容易輥壓實。圖4線載與正負(fù)極片涂層壓密度的系

表2不同壓工藝件下擬合得的參數(shù)此外，孔隙結(jié)構(gòu)角分析輥工藝的影響電池極涂層的孔隙要包含兩類顆粒材料內(nèi)的孔隙尺寸為納米-亞米級；粒之的孔隙尺寸為微米。圖5不同輥條件下負(fù)極極片中徑分布況，首先很顯可以看到片壓實可以小孔徑寸并降低孔含量。著壓實密度加，與極相比負(fù)極孔徑尺更明顯低，這是由負(fù)極涂壓實阻抗低容易被壓壓實同時數(shù)據(jù)表輥壓速對孔隙結(jié)構(gòu)較小。圖不同壓條件孔徑分布

從涂層孔隙率角度慮，輥線載荷與涂孔隙率間也可以通指數(shù)方程擬得到規(guī)律，6線載荷正負(fù)極極片層孔隙的關(guān)系，不的線載荷作下對正負(fù)極片進(jìn)行壓，通過