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細侃鋰電池極片輥壓工藝

2018-07-13 15:44:33 江才子  點擊量: 評論 (0)
輥壓是極片成型前最重要的一個工藝,無論是在理論上,還是實際生產(chǎn)中,都會存在大量的可改進項。

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先來張圖,如上圖,這是一款時髦流行的輥壓分切一體機圖片,通過把涂布后的極卷,運送到輥壓機,經(jīng)過雙輥的壓力,把極片壓薄,控制在我們想要的厚度,達到增強剝離強度、減少離子傳輸距離的效果。

基本原理

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則:

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因此得到:

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注:R為輥的半徑,

640.webp (5).jpg=H-h

簡單的公式計算,只是讓你明白他們之間的關系。涂布后極片厚度不變的情況下,輥的直徑越大,極片越薄。極片所需要的厚度,通過張力控制雙輥來實現(xiàn)。

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輥壓后的結構更加穩(wěn)定,顆粒之間空隙間距更小。輥壓影響克容量、首次庫倫效率、倍率性能,循環(huán)性能等。

輥壓關鍵點

1、厚度

影響極片厚度一致性的主要原因有軋輥直線度,輥跳度,輥彎曲等。軋輥直線度影響因素多是由于長期使用,輥有磨損。輥跳值則是由輥的剛性有關,剛性越好,輥跳值越小。輥彎曲則是需要張力和軋件的變形抗力共同決定,軋件變形張力越大,輥彎曲越大,簡單來說就是軋紙片和鐵片,兩者造成的輥彎曲度不一樣。

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2、打皺

影響極片打皺的原因主要有導輥水平度和平行度,張力不均,收卷張力等。

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輥壓過輥打皺示意圖

3、PINCH 工藝

主要是為了消除打皺而提出的一種工藝,通過差速拉伸,使得涂覆區(qū)和極耳區(qū)長度一致,消除打皺。在輥壓的過程中,極耳區(qū)比較薄,雙面涂布下是無法接觸到軋輥,涂覆區(qū)受到輥的壓力,兩邊張力不一致,一般來講,輥徑越小,極片延展越嚴重,褶皺越厲害。

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4、極片反彈

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上一張老圖,如上圖:1塌陷期-2初步作用期-3劇烈作用期-4受控反彈期-5自由反彈期。反彈是一定的,但是反彈率我們希望在可接受的范圍,并且穩(wěn)定下來,使用輥壓后烘烤(baking)可以加速極片的反彈并讓其盡快穩(wěn)定下來。

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輥壓后測試

輥壓階段常測量極片厚度、剝離強度、弧高和延伸率。一般來說,壓力越大,膜片區(qū)延伸就越大。一般控制孤高為±3mm之內,延伸率<0.8%。厚度可實時監(jiān)測,剝離強度需根據(jù)樣本檢測,如果配備分切設備,還需要測量毛刺,允許毛刺長度<隔膜厚度/2。

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極片在輥壓時的延展性與咬入角的正弦值正相關。

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新技術

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舉個栗子,上圖為涂敷厚度為 100 μm 的極片在不同軋制溫度下的厚度曲線,如圖所示:隨著軋制溫度由 20°C 增加為 90°C 再增加為160°C,極片厚度偏差由±1.9μm 降低為±1.3 μm 再降低為±0.8μm,極片厚度一致性逐漸提高,這是因為隨著軋制溫度的增加,極片涂層變形抗力減小,可塑性變好,使得極片表面厚度更加均勻。

有研究表明,熱輥相對于冷輥,主要有以下作用:

1、極少極片反彈,能減少約50%;

2、可用較小的輥制力將極片壓至工藝要求的厚度和面密度,最大可減少62%,一般減少35%-45%;

3、減少電池極片粘結劑微裂紋,提高粘結劑性能,提高電池循環(huán)壽命,減少因壓力過大損壞箔材;

4、克服冷輥摩擦溫升造成的極片厚度不一致;

5、熱輥較冷輥制成極片吸液量減少7.31%,內阻減少9.46%。

總結

輥壓是極片成型前最重要的一個工藝,無論是在理論上,還是實際生產(chǎn)中,都會存在大量的可改進項。帶拉升功能的輥壓,減少極片褶皺;熱輥壓,減少極片反彈,增強電池性能;帶彎曲的輥壓,更大程度上控制極片厚度一致性等等等等,都在積極努力的開發(fā)中,相信不久的將來,任何一個工廠都能生產(chǎn)出質地均勻,光滑不打皺的極片,為動力電池制作打好前期攻堅戰(zhàn)!

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責任編輯:繼電保護

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