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锂离子电池工艺-辊压

2024-04-18


(1) 辊压:将附着有正负极材料的极片进行辊压,一方面让涂覆的材料更紧密,提升能量密度,保证厚度的一致性。另一方面也会进一步管控粉尘和湿度。

目前国内外锂离子电池厂家均使用双辊辊压机辊压极片。

辊压的必要性:极片在涂布、干燥完成后,活物质与集流体箔片的剥离强度很低,此时需要对其进行辊压,增强活物质与箔片的粘接强度,以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。

辊压的目的有以下几点

a. 保证极片表面光滑和平整,防止涂层表面的毛刺刺穿隔膜引发短路;

b. 对极片涂层材料进行压实,降低极片的体积,以提高电池的能量密度;

c. 使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密,提高电子导电率;

d. 增强涂层材料与集流体的结合强度,减少电池极片在循环过程中掉粉情况的发生,提高电池的循环寿命和安全性能。

(2) 电池极片辊压的基本机理:电池极片滚压属于粉末轧制,其目的是提高电池极片活性物质的压实密度及其均匀性,提高活性物质的附着力,提高表面粗糙度。轧制过程遵从重量不变定律。


(3)电极的辊压加工性能主要通过辊压工艺模型的参数压实阻抗γ和最小的孔隙率ε,电极的机械性能(硬度和弹性变形性),孔径分布,电极涂层的微观结构,以及倍率等电化学性能进行表征。


(4) 辊压过程中存在的问题及解决办法

a 极片横向厚度不均匀.

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。

b极片纵向厚度不均匀.

极片的反弹现象,极片反弹一是极片内部水分较多,而是辊压时速度太快。极片反弹问题可以通过使用热辊工艺和控制辊压速度解决.

c 极片表面出现暗条纹:这种情况主要是轧辊表面存在振纹、辊身圆柱度误差大、前张力小且不均匀所致。

d极片出现卷边:这种情况就是极片延伸率过大所致。解决方法主要是加大辊身直径、减小极片压缩量、调整极片前后张力等.

e 轧辊表面出现麻点:这种情况是轧辊表面的疲劳点蚀,主要是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。


(5) 辊压对锂电池的影响

对电池比能量、比功率的影响:根据法拉第定律电池电极通过的电量与活性物质的质量成正比。极片滚压直接影响了极片活性物质的压实密度,直接影响电池比能量。

对电池能量密度、功率密度的影响:同样是极片活性物质的压实密度直接影响了电池的能量密度和功率密度。

对电池循环寿命的影响:极片滚压直接影响了活性物质在电池集流体上的附着力,也就直接影响了活性物质在电池充放电过程中的分离与脱落。进而影响着电池的循环寿命。

对电池内阻的影响:极片上活性物质的压实密度和脱落程度极大地影响着电池的欧姆内阻和电化学内阻,也就直接影响了电池的各种性能。

对电池安全的影响: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等都会直接影响电池负极析锂、正极析铜、尖角放电。最终酿成安全事故。


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