鋰電池極片軋制現(xiàn)狀及效果改進方法的探討

梁健

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，鋰電池的應用開始大規(guī)模普及， 由于尺寸的限制，要增加電池容量，最直接的解決辦法就是增加正負極板與電解液接觸的幾何面積，要達到這個效果最直接的辦法就是減少電池極板厚度，使繞制的電池極板數(shù)量增加，相應的增加極板與活性物質接觸面積。該文主要論述了鋰電池芯片軋制機的研制，并簡要敘述了該設備中各組成部件的原理、性能。

關鍵詞：鋰電池 芯片 壓制機

中圖分類號：TM912.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0040-02

鋰金屬的化學特性非?；钴S，且鋰金屬的加工工藝非常復雜，這些因為嚴重的制約了鋰電池的發(fā)展。但是近年來，隨著科學技術的發(fā)展，以上問題已經逐漸被解決了，所以鋰電池的應用開始大規(guī)模普及開來。鋰電池的內部結構為螺旋環(huán)繞制，采用一種滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料把電池的正、負極間間隔開來，其中正極由鈷酸鋰及鋁箔組成；負極由石墨化碳材料和銅箔組成，這兩部分均負責電流收集；在電池內加注有機電解質溶液負責提高電池放電容量和循環(huán)壽命。

由于尺寸的限制，所以加注在鋰電池里面的活性物質都是定量的，要增加電池容量，最直接的解決辦法就是增加正負極板與電解液接觸的幾何面積。要達到這個效果最直接的辦法就是減少電池極板厚度的，使繞制的電池極板數(shù)量增加，相應的增加極板與活性物質接觸面積。故鋰電池制作工藝中對極片的軋制就顯得非常重要了。

1 存在問題

現(xiàn)在市面上有很多不同類型的鋰電池極片軋制機，有簡易型機械調整式的，這類機型結構簡單，成本低價錢便宜；還有高檔型的數(shù)控液壓調整式的，這類機型結構采用液壓伺服控制，結構復雜，成本高價錢昂貴。對應產量不大的小型廠家，普遍采用簡易型的機器。該文將針對市面上簡易型的鋰電池極片軋制的工作原理及存在問題進行探討，并提出改進方法。

鋰電池軋制機的軋制原理都是一樣的，都是利用兩個相互對滾的輥筒對鋰電池極片的厚度進行軋制，通過調整兩個相互對滾的輥筒的中心距就能軋制不同厚度的極片。根據(jù)設備對兩個相互對滾的輥筒的中心距調整的方法是不一樣的，可分為以下幾種：

1.1 固定軋制式

固定軋制式，該設備通過電機帶動兩個相對固定的輥筒對鋰電池極片的厚度進行軋制，兩個輥筒之間的中心距不能調整，那么只能軋制固定厚度的極片。通過對同一塊極片多次重復軋制就可以在一點范圍內調整軋制極片的厚度。

這種設備的優(yōu)點是：結構簡單，兩個輥筒之間與機架剛性聯(lián)接，隨著工作時間的增加，量輥筒之間的距離不會變化，能很好產品的保證軋制尺寸的穩(wěn)定性。缺點是：該設備只能加工單一產品尺寸，適用范圍窄，軋制壓力不大。

1.2 機械直軋式

機械直軋式，該設備的基本工作原理與固定軋制式相同，區(qū)別在于該設備兩個輥筒之間的中心距可以自由調整，下輥筒固定不動，上輥筒在機架內可以上下自由移動一定的距離。工作時如果需要調整軋制極片的厚度時，可以旋轉設備頂部的兩個手環(huán)通過兩根螺桿產生向下的壓力，把上輥筒往下壓，從而達到調整壓力的目的。

這種設備的優(yōu)點是：該設備結構簡單，設備的上下輥筒的中心距可以調整，可以軋制不同厚度要求的極片。缺點是：該設備上輥筒是通過螺桿螺紋相互轉動產生下壓力，對螺桿螺紋的剛性強度要求較高，由于要求軋制力比較大時上輥筒經常會有徑向位移。而且一旦螺桿旋轉把輥筒壓緊，由于螺紋互鎖，要再次把其松開將會非常困難。

1.3 連續(xù)軋制式

連續(xù)軋制式，該設備基本原理與機械直扎式一樣，都是通過上下輥筒軋制極片，也可以通過調節(jié)設備頂部的手輪調節(jié)軋制壓力。區(qū)別在于這種設備有多對并列的輥筒對送進的極片進行連續(xù)軋制，鋰電池極片經過多對輥筒的軋制后就能被軋制到要求的厚度。

這種設備的優(yōu)點是：該設備通過多對輥筒對鋰電池極片進行多道軋制，可以把軋制的總壓力平均分配到每一對輥筒上，可以減輕了輥筒的受力。同時，由于鋰電池極片的厚度變形是一個逐級變薄的過程，相對只有一對輥筒軋制的設備，由于多輥筒軋制對極片的材料力學性能的影響可以降到最小。缺點是：該設備只能軋制長度比較長的卷裝鋰電池極片原材料，對應比較短的塊狀極片無法軋制。

2 改進方法

對應以上兩種機型，其軋制效果在正常工作是均沒有問題，主要問題出現(xiàn)在針對要求不同厚度極片軋制時，解決的辦法要從上輥筒的調整方式入手。對此筆者對機械直扎式的上輥筒調整方法進行了改進，如圖1。

該機型基本工作原理與簡易型設備的一樣。工作時先開動電機帶動一對相互配合的上下齒輪，通過齒輪的傳動帶動上下輥筒相互對滾。上下輥筒均通過圓柱軸承與上下軸承安裝座固定，其中下軸承座與機架固定；上軸承安裝座與機架滑動配置，在垂直方向上可以自由滑動。通過調整手輪就可以控制上輥筒的下壓力。把鋰電池極片原料從入料板送到軋制機上下輥筒后，對滾的兩個輥筒就會把極片進行軋制，然后從出料板出排出，不斷的把鋰電池極片原料放進去，就可以實現(xiàn)連續(xù)工作。當需要調整軋制極片的厚度時，必須保證兩個輥筒見沒有鋰電池極片原料，然后開動電機，帶動上下輥筒轉動，接著調節(jié)兩個手輪調整壓力（圖2）。

如圖2所示：該設計的改進地方在于把機械直扎式設備的調節(jié)手輪由垂直安裝改為水平安裝，手輪通過螺紋與機架鏈接，末端與滑塊鏈接，滑塊的一面與機架水平滑動，另一面與上軸承座成楔形滑動。旋轉手輪，通過螺紋配合就可以把滑塊往前推進，從而把上軸承座往下壓，增加軋制壓力；當需要減少壓力時，只需反向旋轉手輪把楔塊拉回就能減少軋制壓力。

3 結語

采用新設計的設備在軋制效果，軋制速度上與傳統(tǒng)設備一樣。但是在輥筒的壓力調整方面進行了新的設計，通過引入楔塊與上軸承座配合的方法，把軋制力的調整方式進行了改進，克服了傳統(tǒng)工藝中軋制力調整不方便的缺點，可以很方便的把軋制力調大或調小，大大的提高了生產的效率及效果。是一種值得推廣的簡易型鋰電池極片軋制設備。

參考文獻

[1] 王永洲.電池極片軋機軋輥有限元分析[D].天津：天津大學，2013.

[2] 馬嵩華，田凌.鋰電池極片輥壓機剛度分析與結構優(yōu)化[J].中國機械工程，2015（6）：803-808.

[3] 肖艷軍，王旭，陳宏，等.電池極片生產線糾偏控制器的設計[J].機械設計與制造，2013（10）：58-59，62.