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锂电池极片辊压工艺还存在哪些问题?

2020-05-07 10:14:45 来源:电池联盟:龙阙

辊压是电池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,都存在着大量的可改进项。不过,有一点可以肯定,未来任何一家电池工厂都能生产出质地均、光滑不打皱的电池极片,前提是,得付出比别人更多的努力。

电池极片褶皱、断带、试机料浪费、极片波浪边、极片削薄区、极片单面压实密度的控制、快充电芯极片的压密控制、极片双面过压、单面欠压、脱碳掉粉等,越来越成为困扰电芯厂工艺设备人员的问题。那么,这些问题该如何解决?对于电池极片出现卷边,很大程度上是由于电池极片延伸率过大导致,可以通过加大辊身直径、减小电池极片压缩量、调整电池极片前后张力等方法解决。导致电池极片滚压厚度不均匀的原因有很多,如电池极片涂布厚度不均匀、轧辊同轴度误差、轧辊圆柱度误差、轧辊接触母线不平行、轧辊轴向挠曲变形、辊压设备的刚性稳定性差等。当电池极片涂布横向厚度不均匀时,在电池极片辊压过程中,常会出现测量左右极片厚度不一致的情况。当极片左右厚度不一致时,首先要排除极片涂布过程中的影响,当测试未辊压的极片左右厚度一致时,则需要对辊压压力进行左右调节,以保证极片辊压后左右压实密度一致。此外,在辊压过程中要定时对电池极片进行测试,以防辊压途中压力发生变动。当电池极片涂布纵向厚度不均匀时,会出现极片经过辊压后,测试极片厚度符合要求,但是在分切时出现厚度增加的现象,这是极片的反弹现象,可以通过使用电磁感应加热辊工艺和控制辊压速度来解决。轧辊表面出现麻点是轧辊表面的疲劳点蚀,主要是因为轧辊材质及热处理金相组织不均匀,辊面抗疲劳强度差引起的,也和轧辊表面粗糙度有关。电池极片出现镰刀弯主要是因为两只轧辊接触母线不平行或极片涂布两边厚度不一样所致。由于边缘厚度较中间部位大几微米或十几微米,辊压轧辊压力作用在极片上时,边缘厚度大的区域承受更大的轧制力,从而导致极片辊压压实横向密度不一致,造成了极片辊压后翘曲严重,对后续的分切工艺也会产生不利影响。电池极片出现波浪边主要是因为极片滚压过程中延展率比较大造成的。导致这个因素的原因很多,比如辊身直径小、极片滚压前张力小、极片厚度压缩量大、极片涂布两边凸起等。当电池极片在辊压的过程中,活物质之间相互挤压,并对铜箔、铝箔施加了一定的压力,则会产生一定的延展。在辊压时,没有活物质涂覆的部分没有发生延展,而有活物质的极片在辊压力作用下会产生延展,延展不一在外观上形成箔带边缘的波浪形皱褶,平行的波浪痕迹与箔带运动方向垂直。电池极片出现断带主要是张力不均匀、不稳定,缺少张力快速响应机构,极片涂布边缘凸起严重等原因所致。如在涂布过程中,若在极片表面留有小颗粒等质地不均现象,则在辊压时,小颗粒受到双辊压力,便向箔带方向挤压,颗粒体较软的可被碾成粉末继而脱落,颗粒体较硬的会挤压箔带,造成箔带破孔甚至箔带断裂。电池极片涂布过程中,如果极片表面密度不同,则在辊压过程中会出现一片过辊压而另外一片辊压不足。在极片走带过程中,张力控制相同的情况下,辊压不足的地方则会出现部分活物质脱落甚至断箔的现象。控制收卷张力,防治大颗粒杂质落到极片表面可以有效减少极片断裂。电池极片滚压厚度反弹主要是因为极片滚压后残余弹性变形量大、环境湿度大所致。可以通过热滚压、慢速辊压、高速滚压、减低环境相对湿度等措施解决。电池极片板型不平整主要是因为极片滚压变形量不均匀、前后张力小且不均匀或极片涂布厚度误差所致。

辊压是电池极片最常用的压实工艺,相比其他工艺过程,辊压对极片孔洞结构的改变巨大,而且会影响导电剂的分布状态,从而影响电池的电化学性能。从电池循环寿命来看,由于极片滚压影响活性物质在电池集流体上的附着力,所以也影响活性物质在电池充放电过程中的分离与脱落,从而影响电池的循环寿命。从电池比能量来看,根据法拉第定律,由于电池电极通过的电量与活性物质的质量成正比,所以极片滚压直接影响极片活性物质的压实密度和电池比能量。从电池能量密度来看,极片活性物质的压实密度影响电池的能量密度和功率密度。从电池内阻角度来看,因为极片上活性物质的压实密度和脱落程度影响着电池的欧姆内阻和电化学内阻,从而影响着电池的各种性能。从电池安全角度来看,极片上活性物质的压实密度均匀性,电池极片滚压造成的表面粗糙度会影响电池负极析锂、正极析铜、尖角放电,从而会造成安全隐患。从加工状态来看,辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。不过,在实际生产中操作熟练度、设备运行情况都会引起部分问题的产生。比如影响极片分切,分切极片宽度不一致,极片出现毛刺。此外,辊压的结果也影响极片的卷绕,严重的翘曲会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙,在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加,成为应力集中点,影响电芯性能。

所谓“兵来将挡,水来土掩”,生活的本质就是问题叠着问题,麻烦接着麻烦,而我们要做的,就是一件件,一桩桩的解决掉它们。解决问题的方法和途径有很多,有经验的人都知道,解决问题最直接、最有效、最便捷的办法之一,就是通过加强培训、提高意识来解决,更好的提升电池极片辊压工序工艺人员、操作人员的技术水平,提升工艺人员、操作人员在生产过程中对电池极片辊压工序问题的解决能力。“5G 元年”来临,随着消费快速升级,电池需求量的大规模爆发,电池厂如何“降本、增效、提质”,这对电池制造过程提出了新的升级要求。如何面对、解决这些新的要求,将直接决定企业产品的品质和生产效率,以及产品的生产成本和市场竞争力。


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