锂离子电池的辊压工序是将涂布并烘干后的极片通过辊压机进行压实的过程,其目的是提高极片的压实密度、增强活性物质与集流体的附着力,从而提升电池的性能和安全性。该工艺对极片性能起着及其重要作用,过压时会导致后续析锂。

一、工艺流程

锂离子电池的辊压工序是将涂布并烘干后的极片通过辊压机进行压实的过程,其目的是提高极片的压实密度、增强活性物质与集流体的附着力,从而提升电池的性能和安全性。具体流程如下:

  1. 放卷:将涂布并烘干后的极片从放卷装置中释放出来,进入辊压机。
  2. 张力控制与自动纠偏:通过张力控制系统确保极片在辊压过程中保持适度的紧绷度,避免松弛或断裂;自动纠偏系统实时监测极片的运行位置,一旦发现偏移立即进行调整,保证辊压的精准度。
  3. 辊压:极片通过两个轧辊之间的间隙,在轧辊的压力作用下被压实。轧辊的压力、线速度和辊缝大小是影响辊压效果的关键参数。
  4. 收卷:辊压后的极片经过张力控制和自动纠偏后成型、收卷,准备进入后续的分切等工序。

二、关键控制点

1. 张力控制

张力控制能确保极片在辊压过程中保持适度的紧绷度,避免出现松弛或断裂的情况,从而保证辊压的均匀性和稳定性。

2. 辊缝控制

辊缝大小直接影响极片的压实密度和厚度。辊缝过小可能导致极片过度压实,影响其孔隙率和电化学性能;辊缝过大则无法达到预期的压实效果。因此,需要精确控制辊缝,以确保极片的厚度和压实密度符合设计要求。

3. 温度控制

对于热辊压工艺,温度的控制至关重要。适当的温度可以降低极片材料的变形抗力,减少厚度反弹,提高活性物质与集流体的粘合力,从而改善电池的循环寿命和性能。

4. 辊压速度

辊压速度影响载荷作用在极片上的保持时间,进而影响极片的回弹和涂层密度。速度过快可能导致极片压实不充分,速度过慢则会降低生产效率。因此,需要根据极片的特性和设备性能优化辊压速度。

5. 轧辊清洁与维护

保持轧辊表面的清洁可以减少轧辊磨损,提高极片表面质量。定期对轧辊进行维护保养,确保其良好的工作状态,是保证辊压质量的重要措施。

三、热辊与冷辊的区别

1. 工作原理

  • 冷辊压:在轧制过程中无加热措施,温度变化不受人工控制。这种工艺相对简单,设备成本较低,但对极片的压实效果和性能提升有限。
  • 热辊压:通过加热轧辊,使极片在轧制过程中处于一定的温度条件下。热辊压可以降低极片材料的变形抗力,减少厚度反弹,提高活性物质与集流体的粘合力,从而改善电池的循环寿命和性能。

2. 对极片性能的影响

  • 厚度反弹:热辊压能够显著减少极片的厚度反弹,提高极片的厚度均匀性。例如,在60℃和100℃的热辊压条件下,极片的厚度反弹率约为25℃冷辊压时的一半。
  • 电阻与阻抗:热辊压能够降低极片的电阻和电芯的欧姆阻抗、电荷传递阻抗。在100℃左右时,热辊压的效果最佳,这有助于提高电池的倍率性能。
  • 粘结性能:热辊压可以增强活性物质与集流体之间的粘结力,减少电池在充放电循环过程中掉粉情况的发生,提高电池的循环寿命。

3. 适用场景

  • 冷辊压:适用于对极片性能要求不高的场合,或者在设备条件有限的情况下使用。
  • 热辊压:适用于对电池性能和寿命有较高要求的锂离子电池生产,尤其是在高端动力锂电池和消费类电子产品电池的制造中具有广泛应用。

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