细致分析锂离子电池中的极片辊压工艺【钜大锂电】

先来张图，如上图，这是一款时髦流行的辊压分切一体机图片，通过把涂布后的极卷，运送到辊压机，经过双辊的压力，把极片压薄，控制在我们想要的厚度，达到增强剥离强度、减少离子传输距离的效果。

基本原理

则：

因此得到：

注：R为辊的半径，

=H-h

简单的公式计算，只是让你明白他们之间的关系。涂布后极片厚度不变的情况下，辊的直径越大，极片越薄。极片所需要的厚度，通过张力控制双辊来实现。

辊压后的结构更加稳定，颗粒之间空隙间距更小。辊压影响克容量、首次库伦效率、倍率性能，循环性能等。

辊压关键点

1、厚度

影响极片厚度一致性的主要原因有轧辊直线度，辊跳度，辊弯曲等。轧辊直线度影响因素多是由于长期使用，辊有磨损。辊跳值则是由辊的刚性有关，刚性越好，辊跳值越小。辊弯曲则是需要张力和轧件的变形抗力共同决定，轧件变形张力越大，辊弯曲越大，简单来说就是轧纸片和铁片，两者造成的辊弯曲度不一样。

2、打皱

影响极片打皱的原因主要有导辊水平度和平行度，张力不均，收卷张力等。

辊压过辊打皱示意图

3、PINCH工艺

主要是为了消除打皱而提出的一种工艺，通过差速拉伸，使得涂覆区和极耳区长度一致，消除打皱。在辊压的过程中，极耳区比较薄，双面涂布下是无法接触到轧辊，涂覆区受到辊的压力，两边张力不一致，一般来讲，辊径越小，极片延展越严重，褶皱越厉害。

4、极片反弹

上一张老图，如上图：1塌陷期-2初步作用期-3剧烈作用期-4受控反弹期-5自由反弹期。反弹是一定的，但是反弹率我们希望在可接受的范围，并且稳定下来，使用辊压后烘烤(baking)可以加速极片的反弹并让其尽快稳定下来。

辊压后测试

辊压阶段常测量极片厚度、剥离强度、弧高和延伸率。一般来说，压力越大，膜片区延伸就越大。一般控制孤高为±3mm之内，延伸率<0.8%。厚度可实时监测，剥离强度需根据样本检测，如果配备分切设备，还需要测量毛刺，允许毛刺长度<隔膜厚度/2。

极片在辊压时的延展性与咬入角的正弦值正相关。

新技术

举个栗子，上图为涂敷厚度为100μm的极片在不同轧制温度下的厚度曲线，如图所示：随着轧制温度由20°C增加为90°C再增加为160°C，极片厚度偏差由±1.9μm降低为±1.3μm再降低为±0.8μm，极片厚度一致性逐渐提高，这是因为随着轧制温度的增加，极片涂层变形抗力减小，可塑性变好，使得极片表面厚度更加均匀。

有研究表明，热辊相对于冷辊，主要有以下作用:

1、极少极片反弹,能减少约50%;

2、可用较小的辊制力将极片压至工艺要求的厚度和面密度,最大可减少62%,一般减少35%-45%;

3、减少电池极片粘结剂微裂纹,提高粘结剂性能,提高电池循环寿命,减少因压力过大损坏箔材;

4、克服冷辊摩擦温升造成的极片厚度不一致;

5、热辊较冷辊制成极片吸液量减少7.31%,内阻减少9.46%。

总结

辊压是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，都会存在大量的可改进项。带拉升功能的辊压，减少极片褶皱;热辊压，减少极片反弹，增强电池性能;带弯曲的辊压，更大程度上控制极片厚度一致性等等等等，都在积极努力的开发中，相信不久的将来，任何一个工厂都能生产出质地均匀，光滑不打皱的极片，为动力电池制作打好前期攻坚战!