鋰離子電池制片中輥壓工序的問題與對策探討

郝鵬

深圳市浩能科技有限公司 廣東省深圳市 518122

1 引言

目前，我國鋰離子電池的質(zhì)量不斷強化，不僅在國內(nèi)有著良好的銷售量，也逐漸占據(jù)國際市場。從當前的情況來看，雖然鋰離子電池制片的工藝水平在不斷提高，但是經(jīng)過詳細的分析可以發(fā)現(xiàn)，制片環(huán)節(jié)中的輥壓工序存在諸多需要優(yōu)化的問題，一定程度上會限制企業(yè)的發(fā)展。對此，必須結(jié)合實際對其進行優(yōu)化、調(diào)整，全面提高生產(chǎn)工序的合理性，在根本上提高市場的競爭力。

輥壓工序是承接涂布工序的極卷，在雙輥壓力的作用下可以把極片壓實，同時實現(xiàn)對厚度的有效控制?；诖?，可以有效強化剝離強度、減少離子傳輸距離的效果。輥壓后，極片結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的狀態(tài)，同時顆粒之間的空隙、間距逐漸縮小，提高工藝的整體水平。

2 鋰離子電池制片中輥壓工序的問題

2.1 極片延展打皺問題

無論使用銅箔還是鋁箔，其都存在相應的延展性。在進行輥壓工序的過程中，因為需要對活性物質(zhì)進行壓實，同時活性物質(zhì)會對箔片產(chǎn)生擠壓，最終導致箔片產(chǎn)生延展問題。在涂布的環(huán)節(jié)中，通常會因為節(jié)省活性物質(zhì)，而適當縮小涂布的寬度，帶的邊緣會存在數(shù)毫米不被活性物質(zhì)覆蓋的區(qū)域。因此在進行輥壓的過程中，有涂布活性物質(zhì)的區(qū)域與軋輥接觸，從而被滾壓延展；同時，沒有涂布活性物質(zhì)的區(qū)域不會與軋輥接觸。如此，極片延展不一，從而在涂料與非涂料的臨界區(qū)域的外觀上形成波浪形皺褶，平行的波浪痕跡與箔帶運動方向垂直。這樣的褶皺問題，不僅影響外觀還會出現(xiàn)脫落、凸起、裂縫等現(xiàn)象[2]。

2.2 極片翹曲斷裂問題

長期以來，制約輥壓工序生產(chǎn)效率的一個重要因素就是極片斷裂，特別是在這個追求高壓實密度的時代。在進行輥壓工序的過程中，極片經(jīng)常會呈一定程度的內(nèi)凹外凸的現(xiàn)象，嚴重時，就會對極片分切、卷繞等后續(xù)工序產(chǎn)生不良影響。而導致極片翹曲斷裂的一個重要因素就是活性物質(zhì)覆蓋的區(qū)域邊緣因為輥壓延展而厚邊，涂料區(qū)邊緣會呈現(xiàn)亮邊現(xiàn)象，即邊緣區(qū)域活性物質(zhì)面密度高于中間區(qū)域。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，邊緣厚度大的區(qū)域會承受更大的軋制力，從而導致極片輥壓壓實橫向密度不一致，造成了極片輥壓后翹曲嚴重，對后續(xù)的分切工藝也會產(chǎn)生不利影響。同時，因為邊緣區(qū)域活性物質(zhì)過高的面密度，會使箔材本身在輥壓的過程中被過度壓延而出現(xiàn)翹曲變形、微小裂紋，從而導致極片斷裂。

2.3 滾軸壓實問題

為提升電池能量密度，減少極片厚度反彈，通常會采用二次輥壓的工藝，即采用循序漸進的輥壓方法。具體說來，就是雙輥連軋的輥壓工藝。在雙主機連軋環(huán)節(jié)中， 帶需要與雙輥軸向嚴格垂直。只有這樣，才能夠保障 帶所覆蓋的活性物質(zhì)得到均勻的受力，最終獲得憑證的壓實效果。但是，在進輥的過程中會出現(xiàn) 帶偏差的現(xiàn)象，即角度傾斜或者操作員擺放的位置不合理。受以上因素的影響，會導致 帶的一側(cè)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，降低受力的均衡性。基于此種工況，完成輥壓以后 帶表面的活性物質(zhì)，也同樣會出現(xiàn)大面積褶皺的問題。也就是說壓實表面不均勻或者位置不均衡。

3 鋰離子電池制片中輥壓工序問題的解決對策

3.1 優(yōu)化輥壓前的攪拌工藝

操作員應該對加工前的步驟進行優(yōu)化，提高工作的整體質(zhì)量，其中主要包括涂布、混料。具體而言，在混料的過程中應該加快攪拌的速度，同時還應該延長攪拌的時間，以此來全面提高混料的均勻性?；诖朔N方式，可以避免出現(xiàn)聚團的現(xiàn)象。但是，如果攪拌速度過快或者時間過長，則會增加電力消耗以及機械磨損。因此會增加鋰離子電池制片的生產(chǎn)成本。同時，不同類型的正極材料所對應的分布能力存在明顯差異，所以工藝設(shè)計人員應該全面掌握相應材料的性能，實現(xiàn)對攪拌步驟、時間、攪拌強度的合理設(shè)計。在涂布過程中，應該對其寬度進行合理控制，避免影響壓實的均勻性。在這一環(huán)節(jié)中還應該避免氣泡、顆粒干料的出現(xiàn)，并對箔材表面進行清潔，防止著料不勻的問題。

3.2 優(yōu)化輥壓前的涂布工藝

在涂布過程中，首先，需保障極片涂布的一致性，既要保證極片橫向面密度一致性，還要保證整卷極片縱向涂布的均勻性，并配備面密度檢測儀實時監(jiān)測。同時，針對厚邊現(xiàn)象，還要對極片活性物質(zhì)涂布邊緣提前進行削薄處理。極片涂布邊緣削薄工藝，具體而言，就是控制削薄的區(qū)域和削薄的量，既要控制好極片在輥壓過程中，中間涂布的活性物質(zhì)向兩邊延展量，還要注意電芯組裝時的每一處正負極極片對應的容量匹配性。如此，精確的涂布工藝，在改善輥壓異常的同時，也提高了輥壓的極片厚度精度和活性物質(zhì)與集流體的粘接強度。

3.3 對輥壓過程進行品質(zhì)監(jiān)控

在生產(chǎn)鋰離子電池的過程中，操作人員需對極片的厚度進行合理控制。對于有條件的生產(chǎn)車間而言，可以將光學厚度實時監(jiān)控系統(tǒng)應用在生產(chǎn)中。企業(yè)盡可能增加資金投入，實現(xiàn)對技術(shù)、設(shè)備的更新，將光學厚度實時監(jiān)控系統(tǒng)應用在其中。有能力的企業(yè)，還可引入大數(shù)據(jù)分析方法，對比光學厚度檢測儀實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)和設(shè)備的調(diào)整參數(shù)（壓力、輥縫），快速找出最佳設(shè)備參數(shù)值，從而減少產(chǎn)品報廢量，控制產(chǎn)品合格率。通過以上的方式，可以提高輥壓環(huán)節(jié)產(chǎn)品品質(zhì)管控的科學性，提高設(shè)備的智能程度，降低對員工經(jīng)驗的依賴程度。

3.4 對極片延展的處理方法

對于輥壓工序中存在箔片邊緣存在的波紋問題，需嚴格控制設(shè)備上各輥的水平度、平行度以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時，必須還需在涂布的過程中對其寬度進行控制，盡可能減少金屬裸露的面積。通過此方式可以實現(xiàn)對延展問題的控制。另外，可以運用拉伸的方式對非著料部分進行塑性延展，從而與著料部分的輥壓延展相匹配，進而改善極片褶皺。操作人員還可以組合型雙輥應用在生產(chǎn)中，即中間部分的輥長等于著料的寬度，兩側(cè)貼合直徑稍大的雙輥可以未著料的部分進行延展。不僅如此，還可以對較寬輥上著料的厚度進行測量，然后對著料之外的部分進行PTFE膜覆蓋，從而在減輕延展性的同時實現(xiàn)對波紋的消除。對于PTFE膜的厚度而言，主要根據(jù)未著料部分、著料部分的具體厚度確定。由于PTFE膜的軟硬程度適當，不僅可以對箔片的邊緣進行襯托延展，還能夠?qū)ΣM行保護[3]。另外，對非著料部分進行加熱，能很好的改善拉伸過程中塑性延展的效果，減少大張力拉伸的斷帶風險。除此之外，在工藝設(shè)計方面應該合理解決涂料位置受力問題、極片留白問題，進而避免出現(xiàn)打皺的現(xiàn)象。這一過程中，應該對壓實密度、涂布密度進行合理選擇，適當降低其密度實現(xiàn)對打皺現(xiàn)象的控制。

3.5 提高極片壓實密度

雙輥連軋的過程中，由于雙輥、箔片之間必須呈現(xiàn)垂直的關(guān)系，所以為了實現(xiàn)該目標，可以增加過輥的具體個數(shù)。運用這樣的方式，可以調(diào)整箔片以平整的狀態(tài)進入其中，實現(xiàn)對箔片進入角度的有效輔助。此外，通過主機擺放和過輥安裝精度，來保障雙輥、箔片之間垂直關(guān)系的嚴密性和穩(wěn)定性。為了能夠并不斷提高極片生產(chǎn)工藝的水平，必須積極調(diào)整機械結(jié)構(gòu)，對極片進行位置導向、褶皺展平等。

此外，針對高壓實密度，還可以采用軋輥加熱的方式?？捎行p少極片的內(nèi)應力，減緩極片切割時，極片的內(nèi)應力的釋放而影響極片切口質(zhì)量；同時，極片在加熱過程中材料處于熔融狀態(tài)，輥軋可以增加活性物質(zhì)與流體之間的粘合力，減少極片的在軋制后的材料反彈；此外，還可以降低電池極片的變形抗力，有利于提高活性物質(zhì)的吸液量。

3.6 提高軋輥表面的整潔性

在鋰離子電池制片中輥壓工序的優(yōu)化中，需要重視軋輥表面的情節(jié)性，避免對極片生產(chǎn)不良的問題。為了實現(xiàn)著這一目標，操作人員可以使用刮刀、吸塵盒對輥表面進行處理，減少雜物對生產(chǎn)質(zhì)量的影響。另外，還可以在無紡布上噴灑溶劑對滾動的設(shè)備表面予以清潔處理。同時，如果在軋輥的表面使用高致密性物質(zhì)作為鍍層，將會在很大程度上改善粘料的問題。在具體生產(chǎn)過程中，需要操作人員結(jié)合自身的實際運行需求，對具體的清潔方式進行選擇。基于此，在優(yōu)化鋰離子電池制片生產(chǎn)工序的同時，還能夠?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量實現(xiàn)有效的保障，并減少成本的支出，為推動生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，在鋰離子電池制片中輥壓工序的問題存在很多方面，主要表現(xiàn)是連續(xù)性問題、精度性問題、延展性問題以及壓實褶皺問題。一旦出現(xiàn)上述問題，應該積極通過恰當?shù)姆绞竭M行調(diào)整，實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化，從而提高鋰離子制片的生產(chǎn)工藝。長此以往，能夠推動鋰離子電池制片的生產(chǎn)向著更加成熟、先進的方式發(fā)展，并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。