锂离子电池制造工艺»压延工艺

一、压延流程的原理和目的

压延过程涉及将电池正负极材料与活性物质、导电剂、粘合剂等的混合物轧制，形成致密结构。其主要目的包括：

①保持电极表面光滑平整，防止电极表面毛刺刺穿隔膜造成短路风险。

②压实涂在集流体上的电极材料，以减小电极的体积，从而增加电池的能量密度。

③加强活性物质与导电剂颗粒之间的接触，提高电子导电性。

④增强涂层材料与集流体之间的结合强度，减少电池循环过程中电极粉末的脱落，提高锂电池的循环寿命和安全性能。

二、压延一般流程

①材料准备： 根据工艺要求在铝箔或铜箔上涂上活性物质、导电剂、粘合剂等混合物。
②压延机调整：将电池的正负极膜放入压延机中，调整辊子的压力、张力和速度，以满足电池的工艺尺寸要求。
③压延流程：压延机开始运行，滚轮压紧电池的正负极膜，引起活性物质与导电剂、粘合剂等混合物发生物理反应，形成致密结构，达到工艺所需的压实厚度。

三、影响压延效果的因素

①滚筒的压力和速度：滚筒的压力和速度是影响压延过程有效性的重要因素。压力过大会导致正负极材料过度变形，影响电池的循环寿命;速度过快会导致正负极材料与活性物质和导电剂的压实不足，影响电池的能量密度。
②正负极材料的性能：不同的正负极材料具有不同的压实密度，需要适当的压延参数进行加工。
③活性物质、导电剂和粘合剂混合物的特性：活性物质、导电剂和粘合剂混合物的浓度和组成等因素会影响电池正负极膜的压延厚度。
④压延机的性能：压延机的性能也会影响压延过程的有效性。例如，压延机的精度、稳定性和控制系统都会影响压延的质量和效率。

四、压延过程对电池性能的影响

①能量密度：在压延过程中，滚筒将电池的正负极材料压实，减少正负极膜的厚度，从而提高电池的能量密度。
②循环寿命：压延工艺提高了正负极膜粉末材料的附着力，增强了电池正负极材料的结构和稳定性，降低了电池的内阻和容量衰减，从而提高了电池的循环寿命。
③安全：压延工艺可以增加电池的正负极材料与活性物质和导电剂的接触面积，提高电池的反应速率和电荷转移效率，从而增强电池的安全性。
④内阻：压延过程可以改善电极的导电网络，降低电池的内阻，增强电池的充放电性能。然而，压延过程也有一些不利影响。例如，压延显着降低了电极膜的孔隙率，导致电解液浸渍效率降低，Li+迁移电阻增加，电极极化增加。此外，压延电极膜的拉伸断裂强度和杨氏模量增大，延展性减弱，脆性增加，在后续分切和缠绕过程中会导致应力集中和较大的内压，导致电极膜性能下降。

五、压延过程中的常见问题及解决方法

①电极厚度不均匀：这主要是由于滚筒轴线与其他滚筒轴线之间不平行。这个问题可以通过调整滚筒轴的平行度来解决。
②电极表面麻点：这主要是由于滚筒表面的缺陷造成的。与辊筒材质、热处理显微组织不均匀、辊面耐疲劳强度差、辊面粗糙度有关。这个问题可以通过改进辊筒材料和热处理工艺、增强辊筒表面的疲劳强度、优化辊筒表面粗糙度来解决。
③电极厚度回弹：这主要是由于轧制后电极残余应力大，环境湿度高。这可以通过优化压延参数、控制环境湿度、采用热压延工艺来减少电极的弹性变形，从而减少厚度回弹来缓解。
④电极板形不均匀：这主要是由于电极滚动变形不均匀，前后张力低且不均匀，或者电极涂层厚度误差造成的。这个问题可以通过优化压延工艺参数、调整前后张力、提高电极涂层厚度的一致性来解决。

六、压延工艺发展趋势

随着锂电池技术的不断发展，压延工艺也在不断创新和完善。未来的发展趋势包括：
①大型化、集成化设备：为提高生产效率，压延机正朝着大型化、集成化方向发展。目前最大辊长已达到1600mm，未来可能会继续增加。
②智能化程度提高：由于产能大，动力和储能电池企业对日历设备的智能化要求很高。例如，具有高度自动化和检测能力的日历设备将变得更加普及。
③热压延工艺的应用：为了提高生产线的连续性，减少断线，领先的锂电池制造商更喜欢使用热压延工艺。热压延可以减少电极膜的内应力、回弹机会和抗变形能力，提高电极膜的质量。
④日历参数优化：日历参数的优化是提高电池性能的关键。未来，将通过实验和仿真不断优化日历参数，以实现更好的电池性能。

锂电池的压延工艺是锂离子电池生产过程中的重要环节。通过合理控制压延参数和工艺条件，可以获得性能优异的锂离子电池。同时，随着技术的不断发展，压延工艺也将不断创新和改进，以满足更高性能电池的需求。