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淺析：電池極片輥壓工藝還存在哪些問(wèn)題？
時(shí)間:2019-07-31 08:44來(lái)源:中國(guó)電池聯(lián)盟 作者:龍闕
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輥壓是電池極片成型前最重要的一個(gè)工藝，無(wú)論是在理論上，還是實(shí)際生產(chǎn)中，都存在著大量的可改進(jìn)項(xiàng)。
不過(guò)，有一點(diǎn)可以肯定，未來(lái)任何一家電池工廠都能生產(chǎn)出質(zhì)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。
一
電池極片褶皺、斷帶、試機(jī)料浪費(fèi)、極片波浪邊、極片削薄區(qū)、極片單面壓實(shí)密度的控制、快充電芯極片的壓密控制、極片雙面過(guò)壓、單面欠壓、脫碳掉粉等，越來(lái)越成為困擾電芯廠工藝設(shè)備人員的問(wèn)題。
那么，這些問(wèn)題該如何解決？
對(duì)于電池極片出現(xiàn)卷邊，很大程度上是由于電池極片延伸率過(guò)大導(dǎo)致，可以通過(guò)加大輥身直徑、減小電池極片壓縮量、調(diào)整電池極片前后張力等方法解決。
導(dǎo)致電池極片滾壓厚度不均勻的原因有很多，如電池極片涂布厚度不均勻、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(shè)備的剛性穩(wěn)定性差等。
當(dāng)電池極片涂布橫向厚度不均勻時(shí)，在電池極片輥壓過(guò)程中，常會(huì)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)，首先要排除極片涂布過(guò)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。
此外，在輥壓過(guò)程中要定時(shí)對(duì)電池極片進(jìn)行測(cè)試，以防輥壓途中壓力發(fā)生變動(dòng)。
當(dāng)電池極片涂布縱向厚度不均勻時(shí)，會(huì)出現(xiàn)極片經(jīng)過(guò)輥壓后，測(cè)試極片厚度符合要求，但是在分切時(shí)出現(xiàn)厚度增加的現(xiàn)象，這是極片的反彈現(xiàn)象，可以通過(guò)使用熱輥工藝和控制輥壓速度來(lái)解決。
軋輥表面出現(xiàn)麻點(diǎn)是軋輥表面的疲勞點(diǎn)蝕，主要是因?yàn)檐堓伈馁|(zhì)及熱處理金相組織不均勻，輥面抗疲勞強(qiáng)度差引起的，也和軋輥表面粗糙度有關(guān)。
電池極片出現(xiàn)鐮刀彎主要是因?yàn)閮芍卉堓伣佑|母線不平行或極片涂布兩邊厚度不一樣所致。
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。
電池極片出現(xiàn)波浪邊主要是因?yàn)闃O片滾壓過(guò)程中延展率比較大造成的。導(dǎo)致這個(gè)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、極片涂布兩邊凸起等。
當(dāng)電池極片在輥壓的過(guò)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(méi)有活物質(zhì)涂覆的部分沒(méi)有發(fā)生延展，而有活物質(zhì)的極片在輥壓力作用下會(huì)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。
電池極片出現(xiàn)斷帶主要是張力不均勻、不穩(wěn)定，缺少?gòu)埩焖夙憫?yīng)機(jī)構(gòu)，極片涂布邊緣凸起嚴(yán)重等原因所致。
如在涂布過(guò)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。
電池極片涂布過(guò)程中，如果極片表面密度不同，則在輥壓過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一片過(guò)輥壓而另外一片輥壓不足。
在極片走帶過(guò)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。
電池極片滾壓厚度反彈主要是因?yàn)闃O片滾壓后殘余彈性變形量大、環(huán)境濕度大所致。可以通過(guò)熱滾壓、慢速輥壓、高速滾壓、減低環(huán)境相對(duì)濕度等措施解決。
電池極片板型不平整主要是因?yàn)闃O片滾壓變形量不均勻、前后張力小且不均勻或極片涂布厚度誤差所致。
二
輥壓是電池極片最常用的壓實(shí)工藝，相比其他工藝過(guò)程，輥壓對(duì)極片孔洞結(jié)構(gòu)的改變巨大，而且會(huì)影響導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)，從而影響電池的電化學(xué)性能。
從電池循環(huán)壽命來(lái)看，由于極片滾壓影響活性物質(zhì)在電池集流體上的附著力，所以也影響活性物質(zhì)在電池充放電過(guò)程中的分離與脫落，從而影響電池的循環(huán)壽命。
從電池比能量來(lái)看，根據(jù)法拉第定律，由于電池電極通過(guò)的電量與活性物質(zhì)的質(zhì)量成正比，所以極片滾壓直接影響極片活性物質(zhì)的壓實(shí)密度和電池比能量。
從電池能量密度來(lái)看，極片活性物質(zhì)的壓實(shí)密度影響電池的能量密度和功率密度。
從電池內(nèi)阻角度來(lái)看，因?yàn)闃O片上活性物質(zhì)的壓實(shí)密度和脫落程度影響著電池的歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)內(nèi)阻，從而影響著電池的各種性能。
從電池安全角度來(lái)看，極片上活性物質(zhì)的壓實(shí)密度均勻性，電池極片滾壓造成的表面粗糙度會(huì)影響電池負(fù)極析鋰、正極析銅、尖角放電，從而會(huì)造成安全隱患。
從加工狀態(tài)來(lái)看，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(wú)明顯波浪、極片無(wú)大程度翹曲。
不過(guò)，在實(shí)際生產(chǎn)中操作熟練度、設(shè)備運(yùn)行情況都會(huì)引起部分問(wèn)題的產(chǎn)生。比如影響極片分切，分切極片寬度不一致，極片出現(xiàn)毛刺。
此外，輥壓的結(jié)果也影響極片的卷繞，嚴(yán)重的翹曲會(huì)造成極片卷繞過(guò)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。
三
所謂“兵來(lái)將擋，水來(lái)土掩”，生活的本質(zhì)就是問(wèn)題疊著問(wèn)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(wèn)題的方法和途徑有很多，有經(jīng)驗(yàn)的人都知道，解決問(wèn)題最直接、最有效、最便捷的辦法之一，就是通過(guò)加強(qiáng)培訓(xùn)、提高意識(shí)來(lái)解決。
為了更好的提升電池極片輥壓工序工藝人員、操作人員的技術(shù)水平，提升工藝人員、操作人員在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電池極片輥壓工序問(wèn)題的解決能力，應(yīng)會(huì)員的要求，電池聯(lián)盟、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池專業(yè)委員會(huì)聯(lián)合電池聯(lián)盟于2019年8月30-31日，在邢臺(tái)喜士來(lái)酒店召開(kāi)鋰離子電池前工序技術(shù)交流會(huì)暨輥壓關(guān)鍵技術(shù)工藝培訓(xùn)。
培訓(xùn)主要面向國(guó)內(nèi)新能源汽車廠、鋰電池生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備制造等企業(yè)從事研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的主管及操作工程師。
“5G 元年”來(lái)臨，隨著消費(fèi)快速升級(jí)，電池需求量的大規(guī)模爆發(fā)，電池廠如何“降本、增效、提質(zhì)”，這對(duì)電池制造過(guò)程提出了新的升級(jí)要求。
如何面對(duì)、解決這些新的要求，將直接決定企業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，以及產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
“鋰離子電池前工序技術(shù)交流會(huì)暨輥壓關(guān)鍵技術(shù)工藝培訓(xùn)”的目的，正是為了幫助企業(yè)和從業(yè)人員一起探討解決之道。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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