細致分析鋰離子電池中的極片輥壓工藝

先來張圖，如上圖，這是一款時髦流行的輥壓分切一體機圖片，通過把涂布后的極卷，運送到輥壓機，經(jīng)過雙輥的壓力，把極片壓薄，控制在我們想要的厚度，達到增強剝離強度、減少離子傳輸距離的效果。

基本原理

則：

因此得到：

注：R為輥的半徑，
=H-h

簡單的公式計算，只是讓你明白他們之間的關(guān)系。涂布后極片厚度不變的情況下，輥的直徑越大，極片越薄。極片所需要的厚度，通過張力控制雙輥來實現(xiàn)。

輥壓后的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，顆粒之間空隙間距更小。輥壓影響克容量、首次庫倫效率、倍率性能，循環(huán)性能等。

輥壓關(guān)鍵點

1、厚度
影響極片厚度一致性的主要原因有軋輥直線度，輥跳度，輥彎曲等。軋輥直線度影響因素多是由于長期使用，輥有磨損。輥跳值則是由輥的剛性有關(guān)，剛性越好，輥跳值越小。輥彎曲則是需要張力和軋件的變形抗力共同決定，軋件變形張力越大，輥彎曲越大，簡單來說就是軋紙片和鐵片，兩者造成的輥彎曲度不一樣。

2、打皺
影響極片打皺的原因主要有導(dǎo)輥水平度和平行度，張力不均，收卷張力等。

輥壓過輥打皺示意圖

3、PINCH工藝
主要是為了消除打皺而提出的一種工藝，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。

4、極片反彈

上一張老圖，如上圖：1塌陷期-2初步作用期-3劇烈作用期-4受控反彈期-5自由反彈期。反彈是一定的，但是反彈率我們希望在可接受的范圍，并且穩(wěn)定下來，使用輥壓后烘烤(baking)可以加速極片的反彈并讓其盡快穩(wěn)定下來。

輥壓后測試

輥壓階段常測量極片厚度、剝離強度、弧高和延伸率。一般來說，壓力越大，膜片區(qū)延伸就越大。一般控制孤高為±3mm之內(nèi)，延伸率<0.8%。厚度可實時監(jiān)測，剝離強度需根據(jù)樣本檢測，如果配備分切設(shè)備，還需要測量毛刺，允許毛刺長度<隔膜厚度/2。

極片在輥壓時的延展性與咬入角的正弦值正相關(guān)。

新技術(shù)

舉個栗子，上圖為涂敷厚度為100μm的極片在不同軋制溫度下的厚度曲線，如圖所示：隨著軋制溫度由20°C增加為90°C再增加為160°C，極片厚度偏差由±1.9μm降低為±1.3μm再降低為±0.8μm，極片厚度一致性逐漸提高，這是因為隨著軋制溫度的增加，極片涂層變形抗力減小，可塑性變好，使得極片表面厚度更加均勻。

有研究表明，熱輥相對于冷輥，主要有以下作用:
1、極少極片反彈,能減少約50%;
2、可用較小的輥制力將極片壓至工藝要求的厚度和面密度,最大可減少62%,一般減少35%-45%;
3、減少電池極片粘結(jié)劑微裂紋,提高粘結(jié)劑性能,提高電池循環(huán)壽命,減少因壓力過大損壞箔材;
4、克服冷輥摩擦溫升造成的極片厚度不一致;
5、熱輥較冷輥制成極片吸液量減少7.31%,內(nèi)阻減少9.46%。

總結(jié)
輥壓是極片成型前最重要的一個工藝，無論是在理論上，還是實際生產(chǎn)中，都會存在大量的可改進項。帶拉升功能的輥壓，減少極片褶皺;熱輥壓，減少極片反彈，增強電池性能;帶彎曲的輥壓，更大程度上控制極片厚度一致性等等等等，都在積極努力的開發(fā)中，相信不久的將來，任何一個工廠都能生產(chǎn)出質(zhì)地均勻，光滑不打皺的極片，為動力電池制作打好前期攻堅戰(zhàn)!