極片打皺與極片的壓實密度有關(guān)嗎？極片輥壓打皺機理及防治
來源：未知
2019-03-27 20:14
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極片打皺與極片的壓實密度有關(guān)，壓實密度越大，打皺就會越嚴重。打皺與集流體材質(zhì)也有關(guān)，基材越薄，皺箔的現(xiàn)象就越明顯，也不易調(diào)整。這也是目前市場上很難使用12μm以下鋁箔的原因。
極片輥壓是鋰離子電池制造過程中必經(jīng)的一道工序，輥壓的目的是獲得符合設(shè)計參數(shù)的極片。通常通過監(jiān)控極片輥壓后壓實密度、厚度、活物質(zhì)與箔材的剝離強度等來確保極片符合制造要求。
極片輥壓之所以是必要的，是因為極片在涂布、干燥完成后，活物質(zhì)與集流體箔片的剝離強度很低，需要對其進行輥壓，以增強活物質(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。同時，極片輥壓可以壓縮電芯體積，提高電芯能量密度，降低極片內(nèi)部活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑之間的孔隙率，降低電池的電阻提高電池性能。
極片輥壓壓實密度的選擇非常重要，不同材料的壓實密度不同。
目前商業(yè)化正極材料的真密度大小約為：鈷酸鋰(5.1g/cm3)>三元材料(4.8/cm3)>錳酸鋰(4.2g/cm3)>磷酸鐵鋰(3.6g/cm3)，和這幾種材料的壓實密度規(guī)律一致，材料的真密度對壓實密度的影響是無法改變的。壓實密度既對電池能量密度有影響，也對極片的電阻率、極片制造過程中的輥壓打皺、分切毛刺數(shù)量、大小有重要影響。
今日要說的是輥壓過程中極片打皺情況，下面針對極片打皺的原因進行分析，并針對打皺原因提出一些解決方案。
一、極片打皺的機理
極片的打皺有幾種類型，極耳波浪邊、極耳褶皺、涂料區(qū)起皺。當然，這幾種打皺嚴重程度有好幾種。極片涂料區(qū)打皺會造成裸電芯表面不平整，應(yīng)力集中處可能造成隔膜破損，引起電芯微短路或短路。極耳處打皺則會影響極耳焊接強度，導(dǎo)致焊接不良或者增大了電池的電阻，電池充放電過程中發(fā)熱快，循環(huán)壽命衰減加快。極耳皺也可能會造成隔膜刺穿，引起短路。極片邊緣打皺處，活物質(zhì)也更容易脫落，露箔對極片來說是比較嚴重的品質(zhì)問題。綜上，極片打皺必須要控制好，對應(yīng)極片打皺的原因也有多種，有電極材料本身原因也有設(shè)備精度的原因，下面將逐一進行分析。
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，兩處位置延展不一致，在外觀上就形成箔材邊緣波浪，嚴重的話就會形成細密的皺褶。
極片打皺與極片的壓實密度有關(guān)，壓實密度越大，打皺就會越嚴重。打皺與集流體材質(zhì)也有關(guān)，基材越薄，皺箔的現(xiàn)象就越明顯，也不易調(diào)整。這也是目前市場上很難使用12μm以下鋁箔的原因。
此外，涂布橫向面密度、縱向面密度不一致也會加重極片打皺程度，面密度不一致時會造成極片應(yīng)力不一致，釋放應(yīng)力后就會造成極片表面不平整。輥壓機壓輥磨損時，輥面形成凹形，極片中間位置的壓實密度就會和極片邊緣壓實密度不一致，延展不一致，因此會產(chǎn)生打皺。由于異常原因?qū)е碌能堓伨植课恢媚p，極片被輥壓后也會造成表面不平整。
除了以上原因外，還有過輥不平行、張力不均、涂布單雙面對齊度超限也會造成極片打皺。收放卷張力不均會造成極片波浪邊，過輥不平行會造成極耳褶皺，涂布單雙面對齊超限會影響輥壓機糾偏裝置，造成極片輕微擺動，過壓輥后邊緣位置與中間位置面密度不一致，造成過壓或波浪邊。
二、極片打皺防治
針對極片打皺的原因，極片的打皺防治可以從工藝設(shè)計和設(shè)備改良兩方面著手。關(guān)于工藝設(shè)計方面，主要針對極片留白位置和涂料位置受力不均勻造成的極片打皺。極片要選擇合適的涂布面密度和壓實密度，適當降低壓實密度可以緩解極片打皺。
在設(shè)備方面，測試校準各輥的水平度可以解決因收卷張力而引起的極片打皺。磨輥可以解決因輥面磨損造成的極片打皺。收卷張力應(yīng)根據(jù)收卷大小適當做出調(diào)整，極卷收大時初始的收卷張力就顯的有點大了，降低收卷張力可以減輕波浪邊。
以上改善方式是在不對輥壓機進行大的變動基礎(chǔ)上應(yīng)用的。另外，設(shè)備加裝展平PINCH機構(gòu)、采用熱輥工藝能改善極片打皺。
PINCH工藝是通過差速拉伸，使得涂覆區(qū)和極耳區(qū)長度一致，消除打皺。在輥壓的過程中，極耳區(qū)比較薄，雙面涂布下是無法接觸到軋輥，涂覆區(qū)受到輥的壓力，兩邊張力不一致，一般來講，輥徑越小，極片延展越嚴重，褶皺越厲害。
熱輥工藝也可以緩解極片打皺，熱輥工藝主要有極片加熱后輥壓、軋輥加熱輥壓兩種方式。第一種方式是將極片加熱后再進行輥壓，此種方式成本較低，但是溫度一致性較差。軋輥加熱輥壓的方式，可以基本保證極片表面溫度一致。除此之外，熱輥工藝的好處還有：
(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，因為在分切或模切時，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。
現(xiàn)在有很多的實用新型類的專利，講到了如何輥壓消褶，技術(shù)人員不妨參考學(xué)習下。輥壓后極片打皺的緩解說到底還是要依靠工藝設(shè)計和設(shè)備改裝兩者共同改善，在工藝設(shè)計上盡量控制雙側(cè)留白的長度，或者采用輥壓前切極耳的方式。
如果在工藝設(shè)計上無法進行變更的話，唯有借助消褶裝置來降低打皺的嚴重程度。消褶機構(gòu)依靠較大的拉伸力，將雙側(cè)留白未受輥壓力的地方進行拉伸延展，以起到緩解極片打皺的目的。由于消褶機構(gòu)的拉伸力較大，要注意輥壓斷帶的問題，適當調(diào)整拉伸力大小。此外還要注意拉伸裝置過輥的水平度和磨損程度，以免造成更嚴重的打皺問題。
