鋰電池輥壓目的及極片輥壓過程詳解
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-27 16:11
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輥壓力的目的
極板的壓實密度對電池的電化學性能有重要影響。在一定范圍內(nèi)，隨著壓實密度的增大，活性物質(zhì)的顆粒間距減小，接觸面積增大，有利于離子傳導的通道和橋梁增多，宏觀方面表現(xiàn)為電池內(nèi)阻的減小。而當極板壓實密度過高時，活性物質(zhì)顆粒之間的接觸程度過近，電子導電性增大。然而，鋰離子通道的減少或堵塞不利于容量的發(fā)展。放電過程中，極化增加，電壓降低，容量減小。當壓實密度過小時，顆粒間距較大，鋰離子運動通道通暢，電解液具有較強的吸液能力，有利于鋰離子在電池內(nèi)部的運動。但是粒子之間的接觸度不夠近，不利于電子的傳導。放電過程中容易引起極化的增加。
軋制的必要性:活性材料和收集箔經(jīng)過涂層和干燥后，剝離強度很低。此時需要對其進行軋制，以提高活性材料與箔片的結(jié)合強度，避免在電解液浸泡和電池使用過程中脫落。
滾動的目的如下:
1)保證極板表面平整光滑，防止鍍層表面毛刺穿透隔膜造成短路;
2)壓實極板涂層材料，減小極板體積，提高電池的能量密度;
3)使活性物質(zhì)與導電劑顆粒接觸更近，提高電子導電性;
4)提高涂層材料與流體的結(jié)合強度，減少電池極片循環(huán)過程中出現(xiàn)的粉料損耗，提高電池的循環(huán)壽命和安全性能。
中厚板軋制工藝及控制
1. 軋制過程
電池板軋制過程是將電池板與輥之間的摩擦拉入旋轉(zhuǎn)輥中，在壓力作用下使電池板變形的過程。電池板的軋制不同于鋼坯的軋制。軋制過程是鐵分子縱向和橫向延伸的過程，其密度在軋制過程中不發(fā)生變化。電池板的軋制是電池材料在正負極板上的壓實過程。電池板軋制時，軋制力不宜過大或過小。
新地圖，鋰電池板滾動過程全面總結(jié)
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圖5極板密度與軋制力的關(guān)系
區(qū)域I為第一階段:在此階段，當軋制力開始逐漸增大時，極板密度迅速增大。這是因為在這一階段，電極材料顆粒產(chǎn)生位移，孔隙結(jié)構(gòu)被填充。第一階段通常被稱為滑動階段。這一階段是三個階段中極板密度增長速度最快的階段。
區(qū)域II為第二階段:由于電極材料的孔隙結(jié)構(gòu)在第一階段被填充，極性膜涂層材料的密度達到了一個恒定值，并且在第二階段的極性膜軋制過程中出現(xiàn)了一定的壓縮變形抗力。與第一階段相比，雖然在這一階段軋制力繼續(xù)增大，但極板的密度增大率有所下降。從微觀上看，這是因為在這一階段內(nèi)極涂層材料顆粒的位移非常小，而涂層材料顆粒的大位移還沒有開始。
III區(qū)分為第三階段:當軋制力超過一定尺寸時，電池極密度開始隨軋制力增大而增大，然后增大的速度逐漸減小。這是因為當軋制力超過一定值時，涂層材料的顆粒開始逐漸位移，板材密度開始增大。當軋制力增大到一定值時，由于電極涂層材料變形更嚴重，導致加工硬化，此時若繼續(xù)增大軋制力，則電極涂層材料進一步變形更加困難。因此，隨著軋制力的不斷增大，極板的密度增大不大，增大的同時也減小。
2. 輥壓力控制
電池板軋制的基本機理:電池板軋制屬于粉末軋制，其目的是提高活性材料的壓實密度和均勻性，提高活性材料的附著力，提高表面粗糙度。軋制過程遵循恒重規(guī)律。
縱向壓實和縱向拉伸:在軋制過程中，電池電極上兩個軋輥的壓力實際上是縱向壓力和橫向壓力的合力，其大小取決于電極活性物質(zhì)的壓縮量和軋輥的咬入角。在一定的主動材料壓縮量的前提下，兩輥的垂直壓力和水平壓力取決于兩輥的咬入角。咬入角度大，水平壓力大;咬入角小，垂直壓力大。壓實密度與豎向壓力有關(guān)，縱向伸長與水平壓力有關(guān)。
極片壓實密度均勻性和表面粗糙度:假設(shè)單涂層厚度是均勻的,電池極片壓實密度均勻性取決于兩個滾筒之間的并行總線聯(lián)系,卷對齊是主要的影響因素,圓柱度、軸承精度,設(shè)備剛性穩(wěn)定,兩端的輥縫調(diào)整板卷表面粗糙度取決于活性物質(zhì)顆粒大小和表面粗糙度。
液體擴展和活性物質(zhì)顆?；瑒?鋁箔、銅箔集流體在大輥徑輥軋制設(shè)備輥難以擴展,但收集的液體綁定的活性物質(zhì)在水平壓力的推動下會發(fā)生滑移,導致電池極片液擴展,擴展速率影響表的平滑度和電導率。
電池極板局部拉伸、壓縮和內(nèi)應力不均勻:電池極板涂層厚度有誤差，兩輥接觸母線平行度也有誤差。因此，活性物質(zhì)在電池板上的局部壓實密度不均勻，局部拉伸與外周壓縮并存，導致電池板內(nèi)應力不均勻，進而影響電池板的平整度。
壓實密度、延伸率和輥頸:兩輥的咬入角度直接影響活性物質(zhì)的壓實密度和延伸率，而輥體直徑直接決定咬入角度。輥徑大時咬入角小，輥徑小時咬入角大。
軋制厚度回彈與軋制速度及環(huán)境濕度:軋制速度慢會降低活性物質(zhì)的彈性變形量，即軋制后厚度回彈量減小。但實際情況是，當軋制速度增大到一定值時，由于環(huán)境濕度的影響，軋制后極板厚度變小?；钚晕镔|(zhì)的吸水率不僅影響活性物質(zhì)的表面堿度，而且影響回彈厚度。
極板軋制過程中的不均勻內(nèi)應力和張力控制:極板軋制過程是壓縮變形和拉伸變形的過程。在此過程中，進口張力影響極板的內(nèi)應力分布，出口張力影響極板板形的平整度。
熱滾壓和桿件的抗變形能力:一般來說，材料的抗變形能力會隨著溫度的升高而降低，塑性變形會增大。極板的熱軋也有利于減少輥筒表面的磨損。但對極板冷軋和熱軋的對比效果不明顯，說明了極板冷軋影響因素的復雜性
