為了提高電池極片表面材料的密度及厚度的一致性，正負極片在涂布工序之后須進行滾壓，此工序稱為電池極片的輥壓。目前國內(nèi)外鋰離子電池廠家均使用二輥輥壓機輥壓極片，雙輥壓機是由兩個鑄鋼壓實輥以及電機和傳動軸組成。主流機型輥徑為500 mm，輥身長度為500 mm～700 mm，輥壓出的極片沿寬度方向的厚度一致性較差。為保證厚度一致性的精度要求，軋輥長度與直徑比值往往較小，最終導(dǎo)致極片輥壓寬度較窄。

 

而在銅箔、鋁箔等箔材制造領(lǐng)域，箔材絕大多數(shù)由四輥輥壓機輥壓制造，表面精度能達到幾微米的同時，輥壓寬度能達到1 m 以上。但是當前還沒有四輥輥壓機在極片輥壓中應(yīng)用的先例？（如果有，歡迎給我們留言補充）

 

完整的輥壓過程是將涂布完成的極片，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。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)。因此，一個優(yōu)秀的輥壓機必須包含以下八大功能模塊：

 

軋輥壓力調(diào)整及快速反應(yīng)功能：滾壓機兩只軋輥之間的壓力調(diào)整是提高電池極片活性物質(zhì)壓實密度的必要條件，由于涂布間歇、單雙面交錯等因素影響，兩輥之間的壓力調(diào)整必須快速反應(yīng)。

軋輥間隙調(diào)整及準確復(fù)位功能：滾壓機兩只軋輥之間的間隙調(diào)整是獲得電池極片厚度的必要條件。由于極片涂布方式變化及極片接帶的需要，兩只軋輥之間的間隙快速調(diào)整后需要準確復(fù)位。

極片滾壓前后張力調(diào)整與與快速反應(yīng)功能：電池極片滾壓過程中調(diào)整前后張力可以控制電池極片的板型平整度。滾壓過程中滾壓線速度經(jīng)常發(fā)生瞬間突變，張力控制快速反應(yīng)是防止斷帶的重要手段。

軋輥無級調(diào)速與線速度同步功能：電池極片滾壓機在啟停過程中或根據(jù)工藝需要必須對兩只軋輥進行無級變速，同時確保兩只軋輥的線速度一致。

極片滾壓溫度調(diào)整功能：調(diào)整電池極片滾壓溫度可以直接影響滾壓過程中的電池極片的變形抗力和塑性變形量。

軋輥變形的矯正功能：電池極片滾壓過程或溫度調(diào)整過程中，兩只軋輥必然存在軸向撓曲變形和徑向鼓脹變形，矯正軋輥變形直接影響電池極片的厚度均勻性和壓實密度均勻性。

極片滾壓過程的智能控制功能：隨著極片滾壓速度以及自動化程度的不斷提升，自動上下料、自動接帶、自動加壓、自動調(diào)隙、在線監(jiān)測等都要求閉環(huán)控制甚至智能控制。

軋輥清潔及維護保養(yǎng)功能：電池極片滾壓過程中兩只軋輥表面粘粉是常有的事，保持輥面清潔既可以減少軋輥磨損，還可以提高電池極片表面質(zhì)量。滾壓機便于維護保養(yǎng)也是非常必要的功能。

 

實驗室通常使用實驗手動螺旋加壓式極片軋機，通過設(shè)定輥縫值使軋輥在極片上加載壓力，沒有額外的 加壓裝置。因此，一般實際壓力比較小，輥壓極片壓實密度受到限制，而且一般最大輥縫受機械裝置限制，一般不能輥壓太厚的極片。

 

另外，極片軋制分為冷軋和熱軋兩種方式，目前國外已經(jīng)廣泛采用熱軋的方式進行極片軋制，而國內(nèi)還是多采用冷軋的方式,相比冷軋，熱軋有以下優(yōu)勢：

(1)去除極片的里面的水分; 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

(2)減少極片的在軋制后的材料反彈;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。

(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少電池在充放電循環(huán)過程中掉粉情況的發(fā)生，提高電池的循環(huán)壽命

 

在軋制規(guī)程方面：可分為一次軋制和多次軋制。多次軋制工藝相對復(fù)雜，但可減少極片的反彈，極片光澤度好，厚度一致性高。

 

二、輥壓目的

 

極片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)，隨著壓實密度增加，活性物質(zhì)粒子間距減小，接觸面積增大，利于離子導(dǎo)電的通路和橋梁增多，在宏觀方面表現(xiàn)為電池內(nèi)部電阻降低。但若極片的壓實密度太大，活性物質(zhì)粒子之間接觸程度太緊密，電子導(dǎo)電率增加。但鋰離子通道減少或者堵塞，不利于容量的發(fā)揮，進行放電時，極化增加，電壓降低，容量下降。壓實密度太小時，粒子間距大，鋰離子移動通道通暢，電解液吸液能力較強，利于電池內(nèi)部的鋰離子移動，但由于粒子間接觸程度不夠緊密，不利于電子進行導(dǎo)電，在進行放電時，易導(dǎo)致極化增加。

 

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。

 

軋制的目的有以下幾點：

1）保證極片表面光滑和平整，防止涂層表面的毛刺刺穿隔膜引發(fā)短路；

2）對極片涂層材料進行壓實，降低極片的體積，以提高電池的能量密度；

3）使活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑顆粒接觸更加緊密，提高電子導(dǎo)電率；

4）增強涂層材料與集流體的結(jié)合強度，減少電池極片在循環(huán)過程中掉粉情況的發(fā)生，提高電池的循環(huán)壽命和安全性能。

 

三、極片輥壓過程與控制

 

1.輥壓過程

 

電池極片軋制的過程是電池極片由軋輥與電池極片間產(chǎn)生的摩擦力拉進旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，電池極片受壓變形的過程。電池極片的軋制不同于鋼塊的軋制，軋鋼的過程是一個鐵分子沿縱向延伸和橫向?qū)捳沟倪^程，其密度在軋制過程中不發(fā)生變化；而電池極片的軋制是一個正負極板上電池材料壓實的過程。電池極片實施滾壓時，軋制力不宜過大也不宜過小，應(yīng)符合電池極片材料的特征。

 

 

圖5 極片密度與軋制力的關(guān)系

I區(qū)域為第一階段：此階段中當軋制力剛開始逐漸增加時，極片的密度便迅速增大，這是因為這一階段中，電極材料顆粒產(chǎn)生位移，孔隙結(jié)構(gòu)被填充，第一階段一般也被稱為滑動階段。這一階段是三個階段中極片密度增加速率最快的階段。

II 區(qū)域為第二階段：由于第一階段中電極材料孔隙結(jié)構(gòu)被填充，極片涂層材料的密度已經(jīng)達到定值，在第二階段中進行極片軋制時出現(xiàn)了一定的壓縮變形阻力。與第一階段相比，該階段雖然軋制力繼續(xù)增大，但極片的密度增加速率已經(jīng)降低。從微觀上來看，這是因為該階段內(nèi)極片涂層材料顆粒的位移已經(jīng)很小，但是涂層材料顆粒的大位移移動還沒有開始。

III 區(qū)域分為第三階段：當軋制力超過一定大小后，電池極片的密度又開始隨著軋制力的增加而增加，然后增加的速率逐漸降低。這是因為當軋制力超過某個值時極片涂層材料顆粒的位移又逐漸開始，極片的密度又開始增加。當軋制力增加到一定值時，由于極片涂層材料變形較為劇烈，造成加工硬化，如果此時繼續(xù)增加軋制力，極片涂層材料發(fā)生進一步變形已經(jīng)較為困難。因此，最后隨著軋制力的繼續(xù)增加，極片的密度增加不大，增加幅度也降低下來。

 

二、輥壓控制

 

電池極片軋制的基本機理：電池極片滾壓屬于粉末軋制，其目的是提高電池極片活性物質(zhì)的壓實密度及其均勻性，提高活性物質(zhì)的附著力，提高表面粗糙度。軋制過程遵從重量不變定律。

垂直壓實與縱向延展：在軋制過程中，兩只軋輥對電池極片的壓力實際上是垂直壓力和水平壓力的合力，其大小取決于極片活性物質(zhì)的壓縮量大小和軋輥咬入角。在極片活性物質(zhì)壓縮量一定的前提下，垂直壓力和水平壓力的大小取決于兩只軋輥的咬入角，咬入角大則水平壓力大，咬入角小則垂直壓力大。壓實密度取決于垂直壓力大小，縱向延伸率取決于水平壓力大小。

極片壓實密度均勻性與表面粗糙度：假設(shè)極片涂布厚度是均勻的，則電池極片壓實密度均勻性取決于兩只軋輥之間接觸母線的平行度，其影響因素主要是軋輥同軸度、輥身圓柱度、軸承精度、設(shè)備剛性穩(wěn)定性、軋輥兩端的縫隙調(diào)整等極片滾壓表面的粗糙度取決于活性物質(zhì)顆粒大小和軋輥表面的粗糙度。

集流體延伸與活性物質(zhì)顆?；疲轰X箔或銅箔集流體在大輥徑軋輥滾壓設(shè)備上滾壓時很難延展，但是集流體上粘結(jié)的活性物質(zhì)在水平壓力的推動下會發(fā)生滑移，進而帶動電池極片集流體延伸，延伸率影響了極片的平整性和導(dǎo)電性。

電池極片局部延伸壓縮與內(nèi)應(yīng)力不均：電池極片涂布經(jīng)涂布厚度存在誤差，兩只軋輥接觸母線平行度也存在誤差。為此電池極片上的活性物質(zhì)局部壓實密度并不均勻，局部延展與周邊壓縮并存造成了極片內(nèi)應(yīng)力不均勻，進而影響了電池極片板型的平整度。

極片壓實密度、延伸率與輥頸：兩只軋輥咬入角大小直接影響了極片活性物質(zhì)的壓實密度和延伸率，而軋輥輥身直徑的大小直接決定了咬入角大小。輥徑大則咬入角小，輥徑小則咬入角大。

極片滾壓厚度反彈與滾壓速度和環(huán)境濕度：滾壓速度慢會減小極片活性物質(zhì)的彈性變形量，也就是滾壓后的厚度反彈量會變小。然而事實是當滾壓速度提高到一定數(shù)值時，極片滾壓后的厚度反彈量反而變小，這是因為環(huán)境濕度造成的?；钚晕镔|(zhì)吸水量不僅影響了活性物質(zhì)的表面堿性，也影響了厚度反彈量。

極片滾壓內(nèi)應(yīng)力不均勻與張力控制：極片滾壓的過程就是壓縮變形與延展變形的過程，此過程中進口張力影響極片的內(nèi)應(yīng)力分布，出口張力影響極片的板型平整度。

熱滾壓與極片的變形抗力：一般說來，物質(zhì)變形抗力都會隨著溫度升高而變小，塑性變形量也會隨之增大。極片熱滾壓還有利于減少軋輥表面磨損。但就極片冷熱滾壓的比較一直沒有明顯效果，足見極片滾壓影響因素的復(fù)雜性。