鋰離子電池制片中輥壓工序的問題與對策探討

郝鵬

深圳市浩能科技有限公司 廣東省深圳市 518122

1 引言

目前，我國鋰離子電池的質量不斷強化，不僅在國內有著良好的銷售量，也逐漸占據國際市場。從當前的情況來看，雖然鋰離子電池制片的工藝水平在不斷提高，但是經過詳細的分析可以發現，制片環節中的輥壓工序存在諸多需要優化的問題，一定程度上會限制企業的發展。對此，必須結合實際對其進行優化、調整，全面提高生產工序的合理性，在根本上提高市場的競爭力。

輥壓工序是承接涂布工序的極卷，在雙輥壓力的作用下可以把極片壓實，同時實現對厚度的有效控制?；诖?，可以有效強化剝離強度、減少離子傳輸距離的效果。輥壓后，極片結構具有穩定的狀態，同時顆粒之間的空隙、間距逐漸縮小，提高工藝的整體水平。

2 鋰離子電池制片中輥壓工序的問題

2.1 極片延展打皺問題

無論使用銅箔還是鋁箔，其都存在相應的延展性。在進行輥壓工序的過程中，因為需要對活性物質進行壓實，同時活性物質會對箔片產生擠壓，最終導致箔片產生延展問題。在涂布的環節中，通常會因為節省活性物質，而適當縮小涂布的寬度，帶的邊緣會存在數毫米不被活性物質覆蓋的區域。因此在進行輥壓的過程中，有涂布活性物質的區域與軋輥接觸，從而被滾壓延展；同時，沒有涂布活性物質的區域不會與軋輥接觸。如此，極片延展不一，從而在涂料與非涂料的臨界區域的外觀上形成波浪形皺褶，平行的波浪痕跡與箔帶運動方向垂直。這樣的褶皺問題，不僅影響外觀還會出現脫落、凸起、裂縫等現象[2]。

2.2 極片翹曲斷裂問題

長期以來，制約輥壓工序生產效率的一個重要因素就是極片斷裂，特別是在這個追求高壓實密度的時代。在進行輥壓工序的過程中，極片經常會呈一定程度的內凹外凸的現象，嚴重時，就會對極片分切、卷繞等后續工序產生不良影響。而導致極片翹曲斷裂的一個重要因素就是活性物質覆蓋的區域邊緣因為輥壓延展而厚邊，涂料區邊緣會呈現亮邊現象，即邊緣區域活性物質面密度高于中間區域。由于邊緣厚度較中間部位大幾微米或十幾微米，輥壓軋輥壓力作用在極片上時，邊緣厚度大的區域會承受更大的軋制力，從而導致極片輥壓壓實橫向密度不一致，造成了極片輥壓后翹曲嚴重，對后續的分切工藝也會產生不利影響。同時，因為邊緣區域活性物質過高的面密度，會使箔材本身在輥壓的過程中被過度壓延而出現翹曲變形、微小裂紋，從而導致極片斷裂。

2.3 滾軸壓實問題

為提升電池能量密度，減少極片厚度反彈，通常會采用二次輥壓的工藝，即采用循序漸進的輥壓方法。具體說來，就是雙輥連軋的輥壓工藝。在雙主機連軋環節中， 帶需要與雙輥軸向嚴格垂直。只有這樣，才能夠保障 帶所覆蓋的活性物質得到均勻的受力，最終獲得憑證的壓實效果。但是，在進輥的過程中會出現 帶偏差的現象，即角度傾斜或者操作員擺放的位置不合理。受以上因素的影響，會導致 帶的一側出現褶皺現象，降低受力的均衡性。基于此種工況，完成輥壓以后 帶表面的活性物質，也同樣會出現大面積褶皺的問題。也就是說壓實表面不均勻或者位置不均衡。

3 鋰離子電池制片中輥壓工序問題的解決對策

3.1 優化輥壓前的攪拌工藝

操作員應該對加工前的步驟進行優化，提高工作的整體質量，其中主要包括涂布、混料。具體而言，在混料的過程中應該加快攪拌的速度，同時還應該延長攪拌的時間，以此來全面提高混料的均勻性?；诖朔N方式，可以避免出現聚團的現象。但是，如果攪拌速度過快或者時間過長，則會增加電力消耗以及機械磨損。因此會增加鋰離子電池制片的生產成本。同時，不同類型的正極材料所對應的分布能力存在明顯差異，所以工藝設計人員應該全面掌握相應材料的性能，實現對攪拌步驟、時間、攪拌強度的合理設計。在涂布過程中，應該對其寬度進行合理控制，避免影響壓實的均勻性。在這一環節中還應該避免氣泡、顆粒干料的出現，并對箔材表面進行清潔，防止著料不勻的問題。

3.2 優化輥壓前的涂布工藝

在涂布過程中，首先，需保障極片涂布的一致性，既要保證極片橫向面密度一致性，還要保證整卷極片縱向涂布的均勻性，并配備面密度檢測儀實時監測。同時，針對厚邊現象，還要對極片活性物質涂布邊緣提前進行削薄處理。極片涂布邊緣削薄工藝，具體而言，就是控制削薄的區域和削薄的量，既要控制好極片在輥壓過程中，中間涂布的活性物質向兩邊延展量，還要注意電芯組裝時的每一處正負極極片對應的容量匹配性。如此，精確的涂布工藝，在改善輥壓異常的同時，也提高了輥壓的極片厚度精度和活性物質與集流體的粘接強度。

3.3 對輥壓過程進行品質監控

在生產鋰離子電池的過程中，操作人員需對極片的厚度進行合理控制。對于有條件的生產車間而言，可以將光學厚度實時監控系統應用在生產中。企業盡可能增加資金投入，實現對技術、設備的更新，將光學厚度實時監控系統應用在其中。有能力的企業，還可引入大數據分析方法，對比光學厚度檢測儀實時監控的數據和設備的調整參數（壓力、輥縫），快速找出最佳設備參數值，從而減少產品報廢量，控制產品合格率。通過以上的方式，可以提高輥壓環節產品品質管控的科學性，提高設備的智能程度，降低對員工經驗的依賴程度。

3.4 對極片延展的處理方法

對于輥壓工序中存在箔片邊緣存在的波紋問題，需嚴格控制設備上各輥的水平度、平行度以及結構穩定性，同時，必須還需在涂布的過程中對其寬度進行控制，盡可能減少金屬裸露的面積。通過此方式可以實現對延展問題的控制。另外，可以運用拉伸的方式對非著料部分進行塑性延展，從而與著料部分的輥壓延展相匹配，進而改善極片褶皺。操作人員還可以組合型雙輥應用在生產中，即中間部分的輥長等于著料的寬度，兩側貼合直徑稍大的雙輥可以未著料的部分進行延展。不僅如此，還可以對較寬輥上著料的厚度進行測量，然后對著料之外的部分進行PTFE膜覆蓋，從而在減輕延展性的同時實現對波紋的消除。對于PTFE膜的厚度而言，主要根據未著料部分、著料部分的具體厚度確定。由于PTFE膜的軟硬程度適當，不僅可以對箔片的邊緣進行襯托延展，還能夠對箔片進行保護[3]。另外，對非著料部分進行加熱，能很好的改善拉伸過程中塑性延展的效果，減少大張力拉伸的斷帶風險。除此之外，在工藝設計方面應該合理解決涂料位置受力問題、極片留白問題，進而避免出現打皺的現象。這一過程中，應該對壓實密度、涂布密度進行合理選擇，適當降低其密度實現對打皺現象的控制。

3.5 提高極片壓實密度

雙輥連軋的過程中，由于雙輥、箔片之間必須呈現垂直的關系，所以為了實現該目標，可以增加過輥的具體個數。運用這樣的方式，可以調整箔片以平整的狀態進入其中，實現對箔片進入角度的有效輔助。此外，通過主機擺放和過輥安裝精度，來保障雙輥、箔片之間垂直關系的嚴密性和穩定性。為了能夠并不斷提高極片生產工藝的水平，必須積極調整機械結構，對極片進行位置導向、褶皺展平等。

此外，針對高壓實密度，還可以采用軋輥加熱的方式。可有效減少極片的內應力，減緩極片切割時，極片的內應力的釋放而影響極片切口質量；同時，極片在加熱過程中材料處于熔融狀態，輥軋可以增加活性物質與流體之間的粘合力，減少極片的在軋制后的材料反彈；此外，還可以降低電池極片的變形抗力，有利于提高活性物質的吸液量。

3.6 提高軋輥表面的整潔性

在鋰離子電池制片中輥壓工序的優化中，需要重視軋輥表面的情節性，避免對極片生產不良的問題。為了實現著這一目標，操作人員可以使用刮刀、吸塵盒對輥表面進行處理，減少雜物對生產質量的影響。另外，還可以在無紡布上噴灑溶劑對滾動的設備表面予以清潔處理。同時，如果在軋輥的表面使用高致密性物質作為鍍層，將會在很大程度上改善粘料的問題。在具體生產過程中，需要操作人員結合自身的實際運行需求，對具體的清潔方式進行選擇?；诖?，在優化鋰離子電池制片生產工序的同時，還能夠對產品的質量實現有效的保障，并減少成本的支出，為推動生產企業的發展奠定基礎。

4 結語

綜上所述，在鋰離子電池制片中輥壓工序的問題存在很多方面，主要表現是連續性問題、精度性問題、延展性問題以及壓實褶皺問題。一旦出現上述問題，應該積極通過恰當的方式進行調整，實現對各個環節的優化，從而提高鋰離子制片的生產工藝。長此以往，能夠推動鋰離子電池制片的生產向著更加成熟、先進的方式發展，并實現可持續發展的目的。