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细侃锂电池极片辊压工艺

轻轻地,我来了,正如我轻轻地走。辊压是个瘦身机,胖胖的进去,苗条的出来。今天我们就从原理和实际生产来侃一侃辊压工艺。    

细侃锂电池极片辊压工艺

先来张图,如上图,这是一款时髦流行的辊压分切一体机图片,通过把涂布后的极卷,运送到辊压机,经过双辊的压力,把极片压薄,控制在我们想要的厚度,达到增强剥离强度、减少离子传输距离的效果。

基本原理        

细侃锂电池极片辊压工艺

细侃锂电池极片辊压工艺

则:

细侃锂电池极片辊压工艺

因此得到:

细侃锂电池极片辊压工艺

注:R为辊的半径,

细侃锂电池极片辊压工艺=H-h

简单的公式计算,只是让你明白他们之间的关系。涂布后极片厚度不变的情况下,辊的直径越大,极片越薄。极片所需要的厚度,通过张力控制双辊来实现。

细侃锂电池极片辊压工艺

辊压后的结构更加稳定,颗粒之间空隙间距更小。辊压影响克容量、首次库伦效率、倍率性能,循环性能等。 

辊压关键点        

1  厚度

影响极片厚度一致性的主要原因有轧辊直线度,辊跳度,辊弯曲等。轧辊直线度影响因素多是由于长期使用,辊有磨损。辊跳值则是由辊的刚性有关,刚性越好,辊跳值越小。辊弯曲则是需要张力和轧件的变形抗力共同决定,轧件变形张力越大,辊弯曲越大,简单来说就是轧纸片和铁片,两者造成的辊弯曲度不一样。

细侃锂电池极片辊压工艺

2  打皱

影响极片打皱的原因主要有导辊水平度和平行度,张力不均,收卷张力等。

细侃锂电池极片辊压工艺

辊压过辊打皱示意图

3  PINCH 工艺

主要是为了消除打皱而提出的一种工艺,通过差速拉伸,使得涂覆区和极耳区长度一致,消除打皱。在辊压的过程中,极耳区比较薄,双面涂布下是无法接触到轧辊,涂覆区受到辊的压力,两边张力不一致,一般来讲,辊径越小,极片延展越严重,褶皱越厉害。

细侃锂电池极片辊压工艺

4  极片反弹

细侃锂电池极片辊压工艺

上一张老图,如上图:1塌陷期-2初步作用期-3剧烈作用期-4受控反弹期-5自由反弹期。反弹是一定的,但是反弹率我们希望在可接受的范围,并且稳定下来,使用辊压后烘烤(baking)可以加速极片的反弹并让其尽快稳定下来。

细侃锂电池极片辊压工艺

辊压后测试        

辊压阶段常测量极片厚度、剥离强度、弧高和延伸率。一般来说,压力越大,膜片区延伸就越大。一般控制孤高为±3mm之内,延伸率<0.8%。厚度可实时监测,剥离强度需根据样本检测,如果配备分切设备,还需要测量毛刺,允许毛刺长度<隔膜厚度/2。

细侃锂电池极片辊压工艺

极片在辊压时的延展性与咬入角的正弦值正相关。

细侃锂电池极片辊压工艺

细侃锂电池极片辊压工艺

新技术        

细侃锂电池极片辊压工艺

举个栗子,上图为涂敷厚度为 100 μm 的极片在不同轧制温度下的厚度曲线,如图所示:随着轧制温度由 20°C 增加为 90°C 再增加为160°C,极片厚度偏差由±1.9μm 降低为±1.3 μm 再降低为±0.8μm,极片厚度一致性逐渐提高,这是因为随着轧制温度的增加,极片涂层变形抗力减小,可塑性变好,使得极片表面厚度更加均匀。

有研究表明,热辊相对于冷辊,主要有以下作用:

1  极少极片反弹,能减少约50%;

2  可用较小的辊制力将极片压至工艺要求的厚度和面密度,最大可减少62%,一般减少35%-45%;

3  减少电池极片粘结剂微裂纹,提高粘结剂性能,提高电池循环寿命,减少因压力过大损坏箔材;

4  克服冷辊摩擦温升造成的极片厚度不一致

5  热辊较冷辊制成极片吸液量减少7.31%,内阻减少9.46%

总结        
 

辊压是极片成型前最重要的一个工艺,无论是在理论上,还是实际生产中,都会存在大量的可改进项。带拉升功能的辊压,减少极片褶皱;热辊压,减少极片反弹,增强电池性能;带弯曲的辊压,更大程度上控制极片厚度一致性等等等等,都在积极努力的开发中,相信不久的将来,任何一个工厂都能生产出质地均匀,光滑不打皱的极片,为动力电池制作打好前期攻坚战!

 

本文来源:江才子(walk-soul),作者: Lithiuman

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