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鋰電池極片輥壓工藝還存在哪些問題?

2020-05-07 10:14:45 來源:電池聯盟:龍闕

輥壓是電池極片成型前最重要的一個工藝,無論是在理論上,還是實際生產中,都存在著大量的可改進項。不過,有一點可以肯定,未來任何一家電池工廠都能生產出質地均、光滑不打皺的電池極片,前提是,得付出比別人更多的努力。

電池極片褶皺、斷帶、試機料浪費、極片波浪邊、極片削薄區、極片單面壓實密度的控制、快充電芯極片的壓密控制、極片雙面過壓、單面欠壓、脫碳掉粉等,越來越成為困擾電芯廠工藝設備人員的問題。那麼,這些問題該如何解決?對於電池極片出現卷邊,很大程度上是由於電池極片延伸率過大導致,可以通過加大輥身直徑、減小電池極片壓縮量、調整電池極片前後張力等方法解決。導致電池極片滾壓厚度不均勻的原因有很多,如電池極片塗布厚度不均勻、軋輥同軸度誤差、軋輥圓柱度誤差、軋輥接觸母線不平行、軋輥軸向撓曲變形、輥壓設備的剛性穩定性差等。當電池極片塗布橫向厚度不均勻時,在電池極片輥壓過程中,常會出現測量左右極片厚度不一致的情況。當極片左右厚度不一致時,首先要排除極片塗布過程中的影響,當測試未輥壓的極片左右厚度一致時,則需要對輥壓壓力進行左右調節,以保證極片輥壓後左右壓實密度一致。此外,在輥壓過程中要定時對電池極片進行測試,以防輥壓途中壓力發生變動。當電池極片塗布縱向厚度不均勻時,會出現極片經過輥壓後,測試極片厚度符合要求,但是在分切時出現厚度增加的現象,這是極片的反彈現象,可以通過使用電磁感應加熱輥工藝和控制輥壓速度來解決。軋輥表面出現麻點是軋輥表面的疲勞點蝕,主要是因為軋輥材質及熱處理金相組織不均勻,輥面抗疲勞強度差引起的,也和軋輥表面粗糙度有關。電池極片出現鐮刀彎主要是因為兩只軋輥接觸母線不平行或極片塗布兩邊厚度不一樣所致。由於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,邊緣厚度大的區域承受更大的軋制力,從而導致極片輥壓壓實橫向密度不一致,造成了極片輥壓後翹曲嚴重,對後續的分切工藝也會產生不利影響。電池極片出現波浪邊主要是因為極片滾壓過程中延展率比較大造成的。導致這個因素的原因很多,比如輥身直徑小、極片滾壓前張力小、極片厚度壓縮量大、極片塗布兩邊凸起等。當電池極片在輥壓的過程中,活物質之間相互擠壓,並對銅箔、鋁箔施加了一定的壓力,則會產生一定的延展。在輥壓時,沒有活物質塗覆的部分沒有發生延展,而有活物質的極片在輥壓力作用下會產生延展,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動方向垂直。電池極片出現斷帶主要是張力不均勻、不穩定,缺少張力快速響應機構,極片塗布邊緣凸起嚴重等原因所致。如在塗布過程中,若在極片表面留有小顆粒等質地不均現象,則在輥壓時,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,顆粒體較硬的會擠壓箔帶,造成箔帶破孔甚至箔帶斷裂。電池極片塗布過程中,如果極片表面密度不同,則在輥壓過程中會出現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出現部分活物質脫落甚至斷箔的現象。控制收卷張力,防治大顆粒雜質落到極片表面可以有效減少極片斷裂。電池極片滾壓厚度反彈主要是因為極片滾壓後殘餘彈性變形量大、環境濕度大所致。可以通過熱滾壓、慢速輥壓、高速滾壓、減低環境相對濕度等措施解決。電池極片板型不平整主要是因為極片滾壓變形量不均勻、前後張力小且不均勻或極片塗布厚度誤差所致。

輥壓是電池極片最常用的壓實工藝,相比其他工藝過程,輥壓對極片孔洞結構的改變巨大,而且會影響導電劑的分布狀態,從而影響電池的電化學性能。從電池循環壽命來看,由於極片滾壓影響活性物質在電池集流體上的附著力,所以也影響活性物質在電池充放電過程中的分離與脫落,從而影響電池的循環壽命。從電池比能量來看,根據法拉第定律,由於電池電極通過的電量與活性物質的質量成正比,所以極片滾壓直接影響極片活性物質的壓實密度和電池比能量。從電池能量密度來看,極片活性物質的壓實密度影響電池的能量密度和功率密度。從電池內阻角度來看,因為極片上活性物質的壓實密度和脫落程度影響著電池的歐姆內阻和電化學內阻,從而影響著電池的各種性能。從電池安全角度來看,極片上活性物質的壓實密度均勻性,電池極片滾壓造成的表面粗糙度會影響電池負極析鋰、正極析銅、尖角放電,從而會造成安全隱患。從加工狀態來看,輥壓後極片的理想狀態是極片表面平整、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。不過,在實際生產中操作熟練度、設備運行情況都會引起部分問題的產生。比如影響極片分切,分切極片寬度不一致,極片出現毛刺。此外,輥壓的結果也影響極片的卷繞,嚴重的翹曲會造成極片卷繞過程中極片、隔膜間產生較大的空隙,在熱壓後會形成某些部分多層隔膜疊加,成為應力集中點,影響電芯性能。

所謂“兵來將擋,水來土掩”,生活的本質就是問題疊著問題,麻煩接著麻煩,而我們要做的,就是一件件,一樁樁的解決掉它們。解決問題的方法和途徑有很多,有經驗的人都知道,解決問題最直接、最有效、最便捷的辦法之一,就是通過加強培訓、提高意識來解決,更好的提升電池極片輥壓工序工藝人員、操作人員的技術水平,提升工藝人員、操作人員在生產過程中對電池極片輥壓工序問題的解決能力。“5G 元年”來臨,隨著消費快速升級,電池需求量的大規模爆發,電池廠如何“降本、增效、提質”,這對電池制造過程提出了新的升級要求。如何面對、解決這些新的要求,將直接決定企業產品的品質和生產效率,以及產品的生產成本和市場競爭力。


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