前言

鋰離子電池的極片制作主要分為漿料制作、集流體涂覆、極片輥壓、極片分條和極片干燥等過程。在之前的文章中，筆者介紹了漿料攪拌和極片涂布的技術(shù)要點(diǎn)，今天跟大家分享下極片輥壓過程中的部分經(jīng)驗(yàn)。

一、工作過程

極片輥壓一般由雙輥壓機(jī)完成，雙輥壓機(jī)是由兩個(gè)鑄鋼壓實(shí)輥以及電機(jī)和傳動(dòng)軸組成。輥壓機(jī)在非工作狀態(tài)時(shí)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(jī)構(gòu)、自動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu)、輥以及其它與極片接觸的可能沾有雜質(zhì)的位置。

將涂布完成的極片，固定于放卷機(jī)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(jī)帶動(dòng)上下輥同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，收卷機(jī)構(gòu)拉動(dòng)極片將穩(wěn)步穿過輥壓間隙，最終被壓到所需壓實(shí)密度。

二、輥壓目的

輥壓的最終目的是獲得符合設(shè)計(jì)要求的極片。什么是符合設(shè)計(jì)要求？就是要求極片的相關(guān)參數(shù)：面密度多少、壓實(shí)密度多少、粘接性怎樣、顆粒完整度、翹曲大小等等滿足電芯的設(shè)計(jì)要求。

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(qiáng)度很低，此時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行輥壓，增強(qiáng)活物質(zhì)與箔片的粘接強(qiáng)度，以防在電解液浸泡、電池使用過程中剝落。

三、輥壓過程中存在的問題及解決辦法

1.極片斷裂

在極片輥壓的過程中，常常會(huì)走著走著極片突然斷裂的現(xiàn)象，斷裂不僅影響工作效率，還對(duì)后續(xù)的分切、卷繞等工序造成困擾。其原因有兩點(diǎn)：

①在涂布過程中，若在極片表面留有小顆粒等質(zhì)地不均現(xiàn)象，則在輥壓時(shí)，小顆粒受到雙輥壓力，便向箔帶方向擠壓，顆粒體較軟的可被碾成粉末繼而脫落，顆粒體較硬的會(huì)擠壓箔帶，造成箔帶破孔甚至箔帶斷裂。

②涂布過程中，如果極片表面面密度不同，則在輥壓過程中會(huì)出現(xiàn)一片過輥壓而另外一片輥壓不足。在極片走帶過程中，張力控制相同的情況下，輥壓不足的地方則會(huì)出現(xiàn)部分活物質(zhì)脫落甚至斷箔的現(xiàn)象。控制收卷張力，防治大顆粒雜質(zhì)落到極片表面可以有效減少極片斷裂。

2.極片翹曲嚴(yán)重

極片經(jīng)過輥壓后，有時(shí)候極片會(huì)呈較大程度的內(nèi)凹外凸的現(xiàn)象，此種現(xiàn)象出現(xiàn)不利于極片分切、卷繞。在涂布工藝中有一個(gè)重要的問題是“厚邊”，厚邊現(xiàn)象是輥壓后極片翹曲的重要原因。

由于邊緣厚度較中間部位大幾微米或十幾微米，輥壓軋輥壓力作用在極片上時(shí)，邊緣厚度大的區(qū)域承受更大的軋制力，從而導(dǎo)致極片輥壓壓實(shí)橫向密度不一致，造成了極片輥壓后翹曲嚴(yán)重，對(duì)后續(xù)的分切工藝也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

控制翹曲，關(guān)鍵還是要控制極片涂布質(zhì)量，通過控制漿料表面張力、泵壓、走帶速度、輥壓壓力等參數(shù)可以有效減少極片翹曲的情況。當(dāng)然，是在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下。

3.極片橫向、縱向厚度不同

橫向：在極片輥壓過程中，常出現(xiàn)測(cè)量左右極片厚度不一致的情況。當(dāng)極片左右厚度不一致時(shí)，需首先排除極片涂布過程中的影響，當(dāng)測(cè)試未輥壓的極片左右厚度一致時(shí)，則需要對(duì)輥壓壓力進(jìn)行左右調(diào)節(jié)，以保證極片輥壓后左右壓實(shí)密度一致。在輥壓過程中要定時(shí)對(duì)極片進(jìn)行測(cè)試，以防輥壓途中壓力發(fā)生變動(dòng)。

縱向：有時(shí)會(huì)出現(xiàn)極片經(jīng)過輥壓后，測(cè)試極片厚度符合要求，但是在分切時(shí)又出現(xiàn)厚度增加的現(xiàn)象。此為極片的反彈現(xiàn)象，極片反彈一是極片內(nèi)部水分較多，而是輥壓時(shí)速度太快。極片反彈問題可以通過使用熱輥工藝和控制輥壓速度解決。熱輥的好處有：

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?yàn)樵诜智谢钅Ｇ袝r(shí)，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。

4.極片波浪邊嚴(yán)重

極片涂布之后，除活物質(zhì)外還有部分銅鋁箔外露，在極片經(jīng)過輥壓之后，外露的銅鋁箔邊出現(xiàn)較密集的波浪紋路。此種現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)影響電芯的卷繞、熱壓、極耳焊接等工藝，一定要杜絕。產(chǎn)生波浪邊的原因是：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(dāng)極片在輥壓的過程中，活物質(zhì)之間相互擠壓，并對(duì)銅箔、鋁箔施加了一定的壓力，則會(huì)產(chǎn)生一定的延展。在輥壓時(shí)，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，延展不一在外觀上形成箔帶邊緣的波浪形皺褶，平行的波浪痕跡與箔帶運(yùn)動(dòng)方向垂直。

附著在皺褶箔帶上的活性物質(zhì)易發(fā)生裂縫、凸起或脫落。設(shè)計(jì)合理的涂布面密度和輥壓壓實(shí)密度可以減少極片波浪邊的發(fā)生。另外，輥輪不平時(shí)也會(huì)導(dǎo)致波浪邊。

此外還有一些操作失誤，如測(cè)量極片厚度時(shí)刮料、問題點(diǎn)沒有及時(shí)標(biāo)記等人為失誤，可以通過加強(qiáng)培訓(xùn)提高意識(shí)來解決。

四、輥壓工藝對(duì)電芯的影響

1.輥壓情況對(duì)極片加工狀態(tài)的影響

輥壓后極片的理想狀態(tài)是極片表面平整、在光下光澤度一致、留白部分無明顯波浪、極片無大程度翹曲。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中操作熟練度、設(shè)備運(yùn)行情況等都會(huì)引起部分問題的產(chǎn)生。

最直接的影響是影響極片分切，分切極片寬度不一致，極片出現(xiàn)毛刺；輥壓結(jié)果影響極片的卷繞，嚴(yán)重的翹曲會(huì)造成極片卷繞過程中極片、隔膜間產(chǎn)生較大的空隙，在熱壓后會(huì)形成某些部分多層隔膜疊加，成為應(yīng)力集中點(diǎn)，影響電芯性能。

2.輥壓情況對(duì)電芯性能的影響

輥壓過程會(huì)出現(xiàn)的幾個(gè)典型問題是：

①極片厚度不一致。厚度不一致，意味著活物質(zhì)密度不一致，鋰離子和電子在極片中傳輸、傳導(dǎo)速率則會(huì)有所不同。當(dāng)電流密度不同時(shí)，極易引起枝晶鋰的析出，對(duì)電芯性能不利。此外，極片厚度不同時(shí)，活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻也是不同的，極片越厚內(nèi)阻越大，電池極化也就越嚴(yán)重，影響電芯容量。

②極片部分位置出現(xiàn)過壓。由于涂布時(shí)部分位置厚度過厚，輥壓后則有可能出現(xiàn)過壓的現(xiàn)象。過壓的位置活物質(zhì)顆粒出現(xiàn)破碎，活物質(zhì)顆粒間接觸緊密，在電芯充放電過程中，電子導(dǎo)電性增強(qiáng)，但離子移動(dòng)通道減小或堵塞，不利于容量發(fā)揮，放電過程中極化增大，電壓下降，容量減小。同時(shí)，過壓后影響電解液的浸潤效果，對(duì)電芯的性能也有很大的影響。

五、總結(jié)

鋰離子電池制作過程中有很多的影響因素，解決了每道工序中可能出現(xiàn)的工藝問題后，將直接減少對(duì)生產(chǎn)資料的浪費(fèi)，完善后續(xù)的裝配、注液、包裝等工序的品質(zhì)和效率，提高最終產(chǎn)品的品質(zhì)和一致性，降低生產(chǎn)成本，繼而使鋰離子電池產(chǎn)品具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競爭力。