鋰電池輥壓工藝品質(zhì)控制手段綜述

曹稚英 江正賢

摘 ?要：近年來(lái)鋰電池及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量顯著提升，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中占據(jù)的份額也有所增加，這和我國(guó)鋰電池生產(chǎn)技術(shù)工藝的不斷更新存在緊密聯(lián)系。對(duì)鋰電池生產(chǎn)技術(shù)工藝予以深入研究并促進(jìn)生產(chǎn)工藝優(yōu)化，能夠進(jìn)一步促進(jìn)鋰電池質(zhì)量的提高，不斷增強(qiáng)我國(guó)鋰電池產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文分析了鋰電池輥壓工藝存在的相關(guān)問(wèn)題，并綜述了若干輥壓工藝品質(zhì)控制手段。

關(guān)鍵詞：鋰電池;輥壓機(jī);工藝品質(zhì)控制

現(xiàn)階段鋰電池在人們的生活中得到了較為廣泛的應(yīng)用，也發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。對(duì)于鋰電池極片的生產(chǎn)制造而言，需要將其實(shí)施輥壓來(lái)確保正負(fù)極材料得以壓實(shí)，輥壓屬于鋰電池生產(chǎn)作業(yè)流程中的關(guān)鍵組成部分，其能夠有效提升鋰電池的放電容量，促進(jìn)其利用效率的提升。然而在實(shí)際的輥壓作業(yè)中可能會(huì)遇到若干問(wèn)題，影響鋰電池極片的質(zhì)量，甚至可能導(dǎo)致鋰電池報(bào)廢。所以應(yīng)當(dāng)采取輥壓品質(zhì)控制手段，確保該工段始終處于穩(wěn)定高效的狀態(tài)。

1鋰電池輥壓作業(yè)中存在的問(wèn)題

鋰電池生產(chǎn)制造工藝流程主要包括制片、裝配、注液以及包裝等環(huán)節(jié)，對(duì)電池極片的輥壓是依靠軋輥和電池極片形成摩擦力，將電池極片拉近旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，讓其受壓變形的制作流程。電池極片的軋制和鋼塊軋制存在顯著差異，對(duì)鋰電池極片的軋制一般是指正負(fù)極片上電池材料予以壓實(shí)的活動(dòng)，最終目的是提升正負(fù)極材料的壓實(shí)密度，促進(jìn)鋰電池放電容量的增加，降低內(nèi)阻，減少極化損失，從而延長(zhǎng)其使用壽命[1]。

輥壓屬于鋰電池極片制作工藝中非常關(guān)鍵的組成部分，通常會(huì)在涂布作業(yè)后、裁片作業(yè)前實(shí)施，依靠輥壓機(jī)來(lái)完成。輥壓機(jī)通常包括兩個(gè)鑄鋼壓實(shí)輥和電機(jī)、傳動(dòng)軸構(gòu)成。于停工情況下，雙輥需涂上防銹油做防護(hù)。于實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需使用無(wú)水乙醇將防銹油清洗干凈，隨后選擇干棉布進(jìn)行擦拭。工作狀態(tài)時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙輥進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，把涂布工序結(jié)束后的已經(jīng)附著活性物質(zhì)的箔片放置于工作臺(tái)，確保其能夠平穩(wěn)通過(guò)雙輥，從而讓活性物質(zhì)能夠和箔片之間更加緊密地貼合。為確保作業(yè)質(zhì)量，能夠反復(fù)對(duì)其實(shí)施輥壓，然而在具體的工作中，進(jìn)行輥壓時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題導(dǎo)致鋰電池極片受到損壞，一般有如下幾方面因素：

1.1鋰電池的生產(chǎn)屬于持續(xù)性的工作，而輥壓環(huán)節(jié)質(zhì)量往往會(huì)受到涂布作業(yè)的影響，在涂布時(shí)如果極片表面存在小顆?；蛘咂渌|(zhì)地不均勻的問(wèn)題，輥壓過(guò)程中因?yàn)檫@些小顆粒受到雙輥壓力，會(huì)朝著箔帶位置擠壓，若顆粒體較軟則能夠碾壓為粉末后脫落，但如果顆粒體過(guò)硬會(huì)導(dǎo)致箔帶破孔亦或是斷裂。即便是不存在小顆粒，如果涂布不均勻，實(shí)施輥壓之后也會(huì)對(duì)其質(zhì)量帶來(lái)影響，涂布相對(duì)更厚的地方能夠壓實(shí)，但涂布較薄的區(qū)域難以壓實(shí)，鋰電池極片表面會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則光澤，從而造成活性物質(zhì)沒有均勻分布，同時(shí)和箔帶的結(jié)合也不均勻，可能出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

1.2實(shí)施輥壓時(shí)，作業(yè)人員要及時(shí)選擇厚度儀對(duì)輥壓完成的極片厚度予以測(cè)定，確保輥壓作業(yè)能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。但由于鋰電池極片傳動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量員自身操作能力有限，可能存在厚度儀劃破極片的問(wèn)題，亦或是對(duì)極片表面造成損傷。在傳動(dòng)過(guò)程中一旦操作失誤，很容易劃傷極片長(zhǎng)達(dá)十幾厘米的長(zhǎng)度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致箔片廢棄。

1.3箔片表現(xiàn)出一定的延展性，實(shí)施輥壓時(shí)因?yàn)殡p輥對(duì)極片表面活性物質(zhì)施加壓力，活性物質(zhì)對(duì)箔片進(jìn)行擠壓可能讓箔片略微延展。在涂布環(huán)節(jié)為控制活性物質(zhì)的用量，涂布寬度一般來(lái)說(shuō)會(huì)略微少于箔帶寬度，因此箔帶邊緣位置可能出現(xiàn)幾毫米的區(qū)域并未涂布活性物質(zhì)。之后的輥壓作業(yè)中，這些區(qū)域沒有受到輥壓機(jī)的輥壓，從而不會(huì)出現(xiàn)繼發(fā)性延展。如此一來(lái)并未覆蓋活性物質(zhì)的區(qū)域和箔帶中心大部分附著有活性物質(zhì)的區(qū)域的延展度存在差異，從肉眼能夠觀察到箔帶邊緣位置出現(xiàn)褶皺。這樣可能導(dǎo)致箔帶出現(xiàn)裂縫或者脫落的問(wèn)題，問(wèn)題不嚴(yán)重時(shí)可借助于裁切環(huán)節(jié)予以處理，但嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致整個(gè)極片廢棄（如下圖2所示）。

1.4箔帶進(jìn)行輥壓作業(yè)中必須要確保其能夠穩(wěn)定垂直于雙輥軸向，從而確保箔帶表面活性物質(zhì)能夠均勻受力。然而箔帶進(jìn)入輥壓機(jī)時(shí)如果其自身存在略微偏斜亦或是輸送箔帶的傳送軸存在略微角度偏離，小片輥壓過(guò)程中作業(yè)人員在擺放極片時(shí)的操作失誤等，這些原因都可能導(dǎo)致箔帶入輥時(shí)并未保持垂直，在輥壓作業(yè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)箔帶一側(cè)被牽扯平直但另一側(cè)產(chǎn)生褶皺的問(wèn)題。這樣會(huì)導(dǎo)致箔帶無(wú)法均勻受力，輥壓結(jié)束后活性物質(zhì)表面因?yàn)椴瓗Т嬖诘鸟薨櫠a(chǎn)生傾斜波浪紋，壓實(shí)不均勻?qū)е卤砻娉霈F(xiàn)較為明顯的痕跡[2]。

2鋰電池輥壓工藝品質(zhì)控制手段

上文所闡述的問(wèn)題是實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中具有代表性和普遍性的問(wèn)題，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)資料的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)鋰電池最終質(zhì)量帶來(lái)影響，因此針對(duì)這些問(wèn)題本文提出下以下幾點(diǎn)優(yōu)化手段：

2.1監(jiān)控輥壓作業(yè)之前各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，如混料和涂布環(huán)節(jié)?；炝蠒r(shí)應(yīng)適當(dāng)增加攪拌速率，延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，確?；炝细泳鶆?，有效防止團(tuán)聚問(wèn)題的出現(xiàn)。但提升混料速率和延長(zhǎng)攪拌時(shí)間會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備磨損與電力消耗的提高，增加生產(chǎn)成本，同時(shí)不同正極材料的分布能力存在差異，所以在工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要結(jié)合物料實(shí)際特性來(lái)靈活調(diào)整攪拌時(shí)間與強(qiáng)度。而對(duì)于涂布環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，確保涂布寬度接近箔帶寬度，防止壓實(shí)不均勻的問(wèn)題，不管選擇手動(dòng)亦或是自動(dòng)進(jìn)料，都需要避免氣泡進(jìn)入，放置太久的料禁止用于涂布，由于其中會(huì)出現(xiàn)沉淀分層，造成進(jìn)料不均勻。另外涂布軸必須要清理干凈。

2.2監(jiān)控輥壓后的極片厚度。在設(shè)計(jì)規(guī)劃上，盡可能使用光學(xué)厚度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如測(cè)厚儀，替代人工測(cè)量。在組織管理上，需要加強(qiáng)對(duì)作業(yè)人員的專業(yè)培訓(xùn)，提升其實(shí)踐操作水平，讓其能夠熟悉箔帶以及活性材料的具體特性，防止在實(shí)際操作中優(yōu)于人為因素劃傷箔帶。

2.3針對(duì)箔帶邊緣位置存在波紋的現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)在涂布環(huán)節(jié)盡可能確保涂布寬度能夠靠近箔帶寬度，從而有效降低裸露位置面積，避免其未延展而與出現(xiàn)繼發(fā)性延展位置的差異。亦或是選擇組合型雙輥，中間區(qū)域的雙輥長(zhǎng)度和著料寬度保持一致，兩側(cè)位置貼合直徑相對(duì)更大的雙輥來(lái)主要對(duì)未著料區(qū)域予以合理延展，具體數(shù)值能夠提前選擇少量箔帶實(shí)施預(yù)壓測(cè)量而得知。或者在較寬輥上測(cè)量得到著料寬度，隨后選擇相應(yīng)厚度的PVDF膜讓雙輥能夠和未著料區(qū)域接觸，同時(shí)對(duì)其實(shí)施延展來(lái)有效控制波紋的產(chǎn)生。PVDF厚度也是按照對(duì)著料位置和未著料位置的厚度之差來(lái)獲得，因?yàn)镻VDF膜軟硬合適，不但能夠?qū)Σ瓗нM(jìn)行有效壓實(shí)，也能夠避免對(duì)箔帶產(chǎn)生損傷[3]。

2.4對(duì)已經(jīng)進(jìn)行裁片的箔帶來(lái)說(shuō)，可以增加進(jìn)入雙輥之前的傳送平臺(tái)，確保其盡可能靠近雙輥并予以固定，同時(shí)在平臺(tái)中加入垂直于雙輥的標(biāo)卡尺，輔助箔帶能夠以標(biāo)準(zhǔn)角度進(jìn)入雙輥。對(duì)于沒有進(jìn)行裁片的箔帶，其輥壓工藝品質(zhì)控制手段包括：提高進(jìn)入雙輥之前的傳送軸數(shù)量、調(diào)整各個(gè)傳送軸和雙輥之間的位置關(guān)系、確保各部分都能夠保持平行。上述調(diào)節(jié)手段應(yīng)當(dāng)做到定期定批次實(shí)施，確保各個(gè)傳動(dòng)軸位置由于作業(yè)而出現(xiàn)微小位移可以第一時(shí)間予以糾正。

3結(jié)語(yǔ)

由于鋰電池極片自身的特殊性導(dǎo)致其具體生產(chǎn)流程和其他電池存在顯著差異，因此輥壓環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題也表現(xiàn)出獨(dú)特性。本文中所提出的鋰電池輥壓工藝品質(zhì)控制手段可避免生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量的提升，為鋰電池后續(xù)的注液、包裝等環(huán)節(jié)工作打下穩(wěn)定的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量的提升，有效控制生產(chǎn)成本，提升鋰電池產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李福祥，楊奎，彭雨華，郝曉霞.輥壓機(jī)輥軸軸承位的修復(fù)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2019，25（06）：74-76.

[2] 宮建格，李建宗.輥壓機(jī)系統(tǒng)日常檢查維護(hù)的整體思路[J].科技風(fēng)，2019（31）：157.

[3] 陳代彥.輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)的故障分析與升級(jí)改造[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2019（05）：17-20.

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