动力电池极片辊压工艺四大关键控制要素详解

前言

锂离子电池的极片制作主要分为浆料制作、集流体涂覆、极片辊压、极片分条和极片干燥等过程。在之前的文章中，笔者介绍了浆料搅拌和极片涂布的技术要点，今天跟大家分享下极片辊压过程中的部分经验。

一、工作过程

极片辊压一般由双辊压机完成，双辊压机是由两个铸钢压实辊以及电机和传动轴组成。辊压机在非工作状态时需要涂一层薄油层，以防其生锈，在使用前用无水乙醇将油层擦干净，并清理收放卷机构、自动纠偏机构、辊以及其它与极片接触的可能沾有杂质的位置。

将涂布完成的极片，固定于放卷机构后，将极片正确穿过双辊间隙，并连接收卷系统。开启辊压模式后，电机带动上下辊同时转动，收卷机构拉动极片将稳步穿过辊压间隙，最终被压到所需压实密度。

二、辊压目的

辊压的最终目的是获得符合设计要求的极片。什么是符合设计要求？就是要求极片的相关参数：面密度多少、压实密度多少、粘接性怎样、颗粒完整度、翘曲大小等等满足电芯的设计要求。

辊压的必要性：极片在涂布、干燥完成后，活物质与集流体箔片的剥离强度很低，此时需要对其进行辊压，增强活物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。

三、辊压过程中存在的问题及解决办法

1.极片断裂

在极片辊压的过程中，常常会走着走着极片突然断裂的现象，断裂不仅影响工作效率，还对后续的分切、卷绕等工序造成困扰。其原因有两点：

①在涂布过程中，若在极片表面留有小颗粒等质地不均现象，则在辊压时，小颗粒受到双辊压力，便向箔带方向挤压，颗粒体较软的可被碾成粉末继而脱落，颗粒体较硬的会挤压箔带，造成箔带破孔甚至箔带断裂。

②涂布过程中，如果极片表面面密度不同，则在辊压过程中会出现一片过辊压而另外一片辊压不足。在极片走带过程中，张力控制相同的情况下，辊压不足的地方则会出现部分活物质脱落甚至断箔的现象。控制收卷张力，防治大颗粒杂质落到极片表面可以有效减少极片断裂。

2.极片翘曲严重

极片经过辊压后，有时候极片会呈较大程度的内凹外凸的现象，此种现象出现不利于极片分切、卷绕。在涂布工艺中有一个重要的问题是“厚边”，厚边现象是辊压后极片翘曲的重要原因。

由于边缘厚度较中间部位大几微米或十几微米，辊压轧辊压力作用在极片上时，边缘厚度大的区域承受更大的轧制力，从而导致极片辊压压实横向密度不一致，造成了极片辊压后翘曲严重，对后续的分切工艺也会产生不利影响。

控制翘曲，关键还是要控制极片涂布质量，通过控制浆料表面张力、泵压、走带速度、辊压压力等参数可以有效减少极片翘曲的情况。当然，是在满足设计要求的条件下。

3.极片横向、纵向厚度不同

横向：在极片辊压过程中，常出现测量左右极片厚度不一致的情况。当极片左右厚度不一致时，需首先排除极片涂布过程中的影响，当测试未辊压的极片左右厚度一致时，则需要对辊压压力进行左右调节，以保证极片辊压后左右压实密度一致。在辊压过程中要定时对极片进行测试，以防辊压途中压力发生变动。

纵向：有时会出现极片经过辊压后，测试极片厚度符合要求，但是在分切时又出现厚度增加的现象。此为极片的反弹现象，极片反弹一是极片内部水分较多，而是辊压时速度太快。极片反弹问题可以通过使用热辊工艺和控制辊压速度解决。热辊的好处有：

①去除极片的里面的水分

②减少极片的在轧制后的材料反弹。

③由于极片在加热过程中材料处于熔融状态，热轧可以增加活性物质与流体之间的粘合力。

④减少极片的内应力，因为在分切活模切时，减少极片的内应力的释放影响的不良。

⑤降低电池极片的变形抗力，有利于提高活性物质的吸液量。

4.极片波浪边严重

极片涂布之后，除活物质外还有部分铜铝箔外露，在极片经过辊压之后，外露的铜铝箔边出现较密集的波浪纹路。此种现象的出现会影响电芯的卷绕、热压、极耳焊接等工艺，一定要杜绝。产生波浪边的原因是：铜箔和铝箔都是利用铜铝块经过挤压压片制成的，具有很好的金属加工性和延展性。

当极片在辊压的过程中，活物质之间相互挤压，并对铜箔、铝箔施加了一定的压力，则会产生一定的延展。在辊压时，没有活物质涂覆的部分没有发生延展，而有活物质的极片在辊压力作用下产生延展，延展不一在外观上形成箔带边缘的波浪形皱褶，平行的波浪痕迹与箔带运动方向垂直。

附着在皱褶箔带上的活性物质易发生裂缝、凸起或脱落。设计合理的涂布面密度和辊压压实密度可以减少极片波浪边的发生。另外，辊轮不平时也会导致波浪边。

此外还有一些操作失误，如测量极片厚度时刮料、问题点没有及时标记等人为失误，可以通过加强培训提高意识来解决。

四、辊压工艺对电芯的影响

1.辊压情况对极片加工状态的影响

辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。但是，在实际生产中操作熟练度、设备运行情况等都会引起部分问题的产生。

最直接的影响是影响极片分切，分切极片宽度不一致，极片出现毛刺；辊压结果影响极片的卷绕，严重的翘曲会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙，在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加，成为应力集中点，影响电芯性能。

2.辊压情况对电芯性能的影响

辊压过程会出现的几个典型问题是：

①极片厚度不一致。厚度不一致，意味着活物质密度不一致，锂离子和电子在极片中传输、传导速率则会有所不同。当电流密度不同时，极易引起枝晶锂的析出，对电芯性能不利。此外，极片厚度不同时，活性物质与集流体之间的接触电阻也是不同的，极片越厚内阻越大，电池极化也就越严重，影响电芯容量。

②极片部分位置出现过压。由于涂布时部分位置厚度过厚，辊压后则有可能出现过压的现象。过压的位置活物质颗粒出现破碎，活物质颗粒间接触紧密，在电芯充放电过程中，电子导电性增强，但离子移动通道减小或堵塞，不利于容量发挥，放电过程中极化增大，电压下降，容量减小。同时，过压后影响电解液的浸润效果，对电芯的性能也有很大的影响。

五、总结

锂离子电池制作过程中有很多的影响因素，解决了每道工序中可能出现的工艺问题后，将直接减少对生产资料的浪费，完善后续的装配、注液、包装等工序的品质和效率，提高最终产品的品质和一致性，降低生产成本，继而使锂离子电池产品具有更强的市场竞争力。