锂电池辊压目的及极片辊压过程详解
来源：宝鄂实业
2019-10-27 16:11
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辊压力的目的
极板的压实密度对电池的电化学性能有重要影响。在一定范围内，随着压实密度的增大，活性物质的颗粒间距减小，接触面积增大，有利于离子传导的通道和桥梁增多，宏观方面表现为电池内阻的减小。而当极板压实密度过高时，活性物质颗粒之间的接触程度过近，电子导电性增大。然而，锂离子通道的减少或堵塞不利于容量的发展。放电过程中，极化增加，电压降低，容量减小。当压实密度过小时，颗粒间距较大，锂离子运动通道通畅，电解液具有较强的吸液能力，有利于锂离子在电池内部的运动。但是粒子之间的接触度不够近，不利于电子的传导。放电过程中容易引起极化的增加。
轧制的必要性:活性材料和收集箔经过涂层和干燥后，剥离强度很低。此时需要对其进行轧制，以提高活性材料与箔片的结合强度，避免在电解液浸泡和电池使用过程中脱落。
滚动的目的如下:
1)保证极板表面平整光滑，防止镀层表面毛刺穿透隔膜造成短路;
2)压实极板涂层材料，减小极板体积，提高电池的能量密度;
3)使活性物质与导电剂颗粒接触更近，提高电子导电性;
4)提高涂层材料与流体的结合强度，减少电池极片循环过程中出现的粉料损耗，提高电池的循环寿命和安全性能。
中厚板轧制工艺及控制
1. 轧制过程
电池板轧制过程是将电池板与辊之间的摩擦拉入旋转辊中，在压力作用下使电池板变形的过程。电池板的轧制不同于钢坯的轧制。轧制过程是铁分子纵向和横向延伸的过程，其密度在轧制过程中不发生变化。电池板的轧制是电池材料在正负极板上的压实过程。电池板轧制时，轧制力不宜过大或过小。
新地图，锂电池板滚动过程全面总结
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图5极板密度与轧制力的关系
区域I为第一阶段:在此阶段，当轧制力开始逐渐增大时，极板密度迅速增大。这是因为在这一阶段，电极材料颗粒产生位移，孔隙结构被填充。第一阶段通常被称为滑动阶段。这一阶段是三个阶段中极板密度增长速度最快的阶段。
区域II为第二阶段:由于电极材料的孔隙结构在第一阶段被填充，极性膜涂层材料的密度达到了一个恒定值，并且在第二阶段的极性膜轧制过程中出现了一定的压缩变形抗力。与第一阶段相比，虽然在这一阶段轧制力继续增大，但极板的密度增大率有所下降。从微观上看，这是因为在这一阶段内极涂层材料颗粒的位移非常小，而涂层材料颗粒的大位移还没有开始。
III区分为第三阶段:当轧制力超过一定尺寸时，电池极密度开始随轧制力增大而增大，然后增大的速度逐渐减小。这是因为当轧制力超过一定值时，涂层材料的颗粒开始逐渐位移，板材密度开始增大。当轧制力增大到一定值时，由于电极涂层材料变形更严重，导致加工硬化，此时若继续增大轧制力，则电极涂层材料进一步变形更加困难。因此，随着轧制力的不断增大，极板的密度增大不大，增大的同时也减小。
2. 辊压力控制
电池板轧制的基本机理:电池板轧制属于粉末轧制，其目的是提高活性材料的压实密度和均匀性，提高活性材料的附着力，提高表面粗糙度。轧制过程遵循恒重规律。
纵向压实和纵向拉伸:在轧制过程中，电池电极上两个轧辊的压力实际上是纵向压力和横向压力的合力，其大小取决于电极活性物质的压缩量和轧辊的咬入角。在一定的主动材料压缩量的前提下，两辊的垂直压力和水平压力取决于两辊的咬入角。咬入角度大，水平压力大;咬入角小，垂直压力大。压实密度与竖向压力有关，纵向伸长与水平压力有关。
极片压实密度均匀性和表面粗糙度:假设单涂层厚度是均匀的,电池极片压实密度均匀性取决于两个滚筒之间的并行总线联系,卷对齐是主要的影响因素,圆柱度、轴承精度,设备刚性稳定,两端的辊缝调整板卷表面粗糙度取决于活性物质颗粒大小和表面粗糙度。
液体扩展和活性物质颗粒滑动:铝箔、铜箔集流体在大辊径辊轧制设备辊难以扩展,但收集的液体绑定的活性物质在水平压力的推动下会发生滑移,导致电池极片液扩展,扩展速率影响表的平滑度和电导率。
电池极板局部拉伸、压缩和内应力不均匀:电池极板涂层厚度有误差，两辊接触母线平行度也有误差。因此，活性物质在电池板上的局部压实密度不均匀，局部拉伸与外周压缩并存，导致电池板内应力不均匀，进而影响电池板的平整度。
压实密度、延伸率和辊颈:两辊的咬入角度直接影响活性物质的压实密度和延伸率，而辊体直径直接决定咬入角度。辊径大时咬入角小，辊径小时咬入角大。
轧制厚度回弹与轧制速度及环境湿度:轧制速度慢会降低活性物质的弹性变形量，即轧制后厚度回弹量减小。但实际情况是，当轧制速度增大到一定值时，由于环境湿度的影响，轧制后极板厚度变小。活性物质的吸水率不仅影响活性物质的表面碱度，而且影响回弹厚度。
极板轧制过程中的不均匀内应力和张力控制:极板轧制过程是压缩变形和拉伸变形的过程。在此过程中，进口张力影响极板的内应力分布，出口张力影响极板板形的平整度。
热滚压和杆件的抗变形能力:一般来说，材料的抗变形能力会随着温度的升高而降低，塑性变形会增大。极板的热轧也有利于减少辊筒表面的磨损。但对极板冷轧和热轧的对比效果不明显，说明了极板冷轧影响因素的复杂性
