鋰電池極片軋制現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討

梁健

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池的應(yīng)用開(kāi)始大規(guī)模普及， 由于尺寸的限制，要增加電池容量，最直接的解決辦法就是增加正負(fù)極板與電解液接觸的幾何面積，要達(dá)到這個(gè)效果最直接的辦法就是減少電池極板厚度，使繞制的電池極板數(shù)量增加，相應(yīng)的增加極板與活性物質(zhì)接觸面積。該文主要論述了鋰電池芯片軋制機(jī)的研制，并簡(jiǎn)要敘述了該設(shè)備中各組成部件的原理、性能。

關(guān)鍵詞：鋰電池 芯片 壓制機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（c）-0040-02

鋰金屬的化學(xué)特性非常活躍，且鋰金屬的加工工藝非常復(fù)雜，這些因?yàn)閲?yán)重的制約了鋰電池的發(fā)展。但是近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以上問(wèn)題已經(jīng)逐漸被解決了，所以鋰電池的應(yīng)用開(kāi)始大規(guī)模普及開(kāi)來(lái)。鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為螺旋環(huán)繞制，采用一種滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜隔離材料把電池的正、負(fù)極間間隔開(kāi)來(lái)，其中正極由鈷酸鋰及鋁箔組成；負(fù)極由石墨化碳材料和銅箔組成，這兩部分均負(fù)責(zé)電流收集；在電池內(nèi)加注有機(jī)電解質(zhì)溶液負(fù)責(zé)提高電池放電容量和循環(huán)壽命。

由于尺寸的限制，所以加注在鋰電池里面的活性物質(zhì)都是定量的，要增加電池容量，最直接的解決辦法就是增加正負(fù)極板與電解液接觸的幾何面積。要達(dá)到這個(gè)效果最直接的辦法就是減少電池極板厚度的，使繞制的電池極板數(shù)量增加，相應(yīng)的增加極板與活性物質(zhì)接觸面積。故鋰電池制作工藝中對(duì)極片的軋制就顯得非常重要了。

1 存在問(wèn)題

現(xiàn)在市面上有很多不同類(lèi)型的鋰電池極片軋制機(jī)，有簡(jiǎn)易型機(jī)械調(diào)整式的，這類(lèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低價(jià)錢(qián)便宜；還有高檔型的數(shù)控液壓調(diào)整式的，這類(lèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)采用液壓伺服控制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高價(jià)錢(qián)昂貴。對(duì)應(yīng)產(chǎn)量不大的小型廠家，普遍采用簡(jiǎn)易型的機(jī)器。該文將針對(duì)市面上簡(jiǎn)易型的鋰電池極片軋制的工作原理及存在問(wèn)題進(jìn)行探討，并提出改進(jìn)方法。

鋰電池軋制機(jī)的軋制原理都是一樣的，都是利用兩個(gè)相互對(duì)滾的輥筒對(duì)鋰電池極片的厚度進(jìn)行軋制，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)相互對(duì)滾的輥筒的中心距就能軋制不同厚度的極片。根據(jù)設(shè)備對(duì)兩個(gè)相互對(duì)滾的輥筒的中心距調(diào)整的方法是不一樣的，可分為以下幾種：

1.1 固定軋制式

固定軋制式，該設(shè)備通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)相對(duì)固定的輥筒對(duì)鋰電池極片的厚度進(jìn)行軋制，兩個(gè)輥筒之間的中心距不能調(diào)整，那么只能軋制固定厚度的極片。通過(guò)對(duì)同一塊極片多次重復(fù)軋制就可以在一點(diǎn)范圍內(nèi)調(diào)整軋制極片的厚度。

這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩個(gè)輥筒之間與機(jī)架剛性聯(lián)接，隨著工作時(shí)間的增加，量輥筒之間的距離不會(huì)變化，能很好產(chǎn)品的保證軋制尺寸的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是：該設(shè)備只能加工單一產(chǎn)品尺寸，適用范圍窄，軋制壓力不大。

1.2 機(jī)械直軋式

機(jī)械直軋式，該設(shè)備的基本工作原理與固定軋制式相同，區(qū)別在于該設(shè)備兩個(gè)輥筒之間的中心距可以自由調(diào)整，下輥筒固定不動(dòng)，上輥筒在機(jī)架內(nèi)可以上下自由移動(dòng)一定的距離。工作時(shí)如果需要調(diào)整軋制極片的厚度時(shí)，可以旋轉(zhuǎn)設(shè)備頂部的兩個(gè)手環(huán)通過(guò)兩根螺桿產(chǎn)生向下的壓力，把上輥筒往下壓，從而達(dá)到調(diào)整壓力的目的。

這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備的上下輥筒的中心距可以調(diào)整，可以軋制不同厚度要求的極片。缺點(diǎn)是：該設(shè)備上輥筒是通過(guò)螺桿螺紋相互轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生下壓力，對(duì)螺桿螺紋的剛性強(qiáng)度要求較高，由于要求軋制力比較大時(shí)上輥筒經(jīng)常會(huì)有徑向位移。而且一旦螺桿旋轉(zhuǎn)把輥筒壓緊，由于螺紋互鎖，要再次把其松開(kāi)將會(huì)非常困難。

1.3 連續(xù)軋制式

連續(xù)軋制式，該設(shè)備基本原理與機(jī)械直扎式一樣，都是通過(guò)上下輥筒軋制極片，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)備頂部的手輪調(diào)節(jié)軋制壓力。區(qū)別在于這種設(shè)備有多對(duì)并列的輥筒對(duì)送進(jìn)的極片進(jìn)行連續(xù)軋制，鋰電池極片經(jīng)過(guò)多對(duì)輥筒的軋制后就能被軋制到要求的厚度。

這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：該設(shè)備通過(guò)多對(duì)輥筒對(duì)鋰電池極片進(jìn)行多道軋制，可以把軋制的總壓力平均分配到每一對(duì)輥筒上，可以減輕了輥筒的受力。同時(shí)，由于鋰電池極片的厚度變形是一個(gè)逐級(jí)變薄的過(guò)程，相對(duì)只有一對(duì)輥筒軋制的設(shè)備，由于多輥筒軋制對(duì)極片的材料力學(xué)性能的影響可以降到最小。缺點(diǎn)是：該設(shè)備只能軋制長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的卷裝鋰電池極片原材料，對(duì)應(yīng)比較短的塊狀極片無(wú)法軋制。

2 改進(jìn)方法

對(duì)應(yīng)以上兩種機(jī)型，其軋制效果在正常工作是均沒(méi)有問(wèn)題，主要問(wèn)題出現(xiàn)在針對(duì)要求不同厚度極片軋制時(shí)，解決的辦法要從上輥筒的調(diào)整方式入手。對(duì)此筆者對(duì)機(jī)械直扎式的上輥筒調(diào)整方法進(jìn)行了改進(jìn)，如圖1。

該機(jī)型基本工作原理與簡(jiǎn)易型設(shè)備的一樣。工作時(shí)先開(kāi)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)一對(duì)相互配合的上下齒輪，通過(guò)齒輪的傳動(dòng)帶動(dòng)上下輥筒相互對(duì)滾。上下輥筒均通過(guò)圓柱軸承與上下軸承安裝座固定，其中下軸承座與機(jī)架固定；上軸承安裝座與機(jī)架滑動(dòng)配置，在垂直方向上可以自由滑動(dòng)。通過(guò)調(diào)整手輪就可以控制上輥筒的下壓力。把鋰電池極片原料從入料板送到軋制機(jī)上下輥筒后，對(duì)滾的兩個(gè)輥筒就會(huì)把極片進(jìn)行軋制，然后從出料板出排出，不斷的把鋰電池極片原料放進(jìn)去，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。當(dāng)需要調(diào)整軋制極片的厚度時(shí)，必須保證兩個(gè)輥筒見(jiàn)沒(méi)有鋰電池極片原料，然后開(kāi)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)上下輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)，接著調(diào)節(jié)兩個(gè)手輪調(diào)整壓力（圖2）。

如圖2所示：該設(shè)計(jì)的改進(jìn)地方在于把機(jī)械直扎式設(shè)備的調(diào)節(jié)手輪由垂直安裝改為水平安裝，手輪通過(guò)螺紋與機(jī)架鏈接，末端與滑塊鏈接，滑塊的一面與機(jī)架水平滑動(dòng)，另一面與上軸承座成楔形滑動(dòng)。旋轉(zhuǎn)手輪，通過(guò)螺紋配合就可以把滑塊往前推進(jìn)，從而把上軸承座往下壓，增加軋制壓力；當(dāng)需要減少壓力時(shí)，只需反向旋轉(zhuǎn)手輪把楔塊拉回就能減少軋制壓力。

3 結(jié)語(yǔ)

采用新設(shè)計(jì)的設(shè)備在軋制效果，軋制速度上與傳統(tǒng)設(shè)備一樣。但是在輥筒的壓力調(diào)整方面進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，通過(guò)引入楔塊與上軸承座配合的方法，把軋制力的調(diào)整方式進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)工藝中軋制力調(diào)整不方便的缺點(diǎn)，可以很方便的把軋制力調(diào)大或調(diào)小，大大的提高了生產(chǎn)的效率及效果。是一種值得推廣的簡(jiǎn)易型鋰電池極片軋制設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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