锂离子电池制片中辊压工序的问题与对策探讨

郝鹏

摘 要：在市场中，锂离子电池的比重较大。出现这种现象的原因，得益于生产工艺的不断完善。本文中，首先阐述锂离子电池制片中辊压工序的问题。然后结合笔者的工作经验，从多个角度探究针对性的解决对策。基于此，可以为相关人员提供参考，同时进一步提高辊压工序的合理性，提升锂离子电池制片的生产效率。

关键词：锂离子;电池制片;辊压工序

1 引言

目前，我国锂离子电池的质量不断强化，不仅在国内有着良好的销售量，也逐渐占据国际市场。从当前的情况来看，虽然锂离子电池制片的工艺水平在不断提高，但是经过详细的分析可以发现，制片环节中的辊压工序存在诸多需要优化的问题，一定程度上会限制企业的发展。对此，必须结合实际对其进行优化、调整，全面提高生产工序的合理性，在根本上提高市场的竞争力。

辊压工序是承接涂布工序的极卷，在双辊压力的作用下可以把极片压实，同时实现对厚度的有效控制。基于此，可以有效强化剥离强度、减少离子传输距离的效果。辊压后，极片结构具有稳定的状态，同时颗粒之间的空隙、间距逐渐缩小，提高工艺的整体水平。

2 锂离子电池制片中辊压工序的问题

2.1 极片延展打皱问题

无论使用铜箔还是铝箔，其都存在相应的延展性。在进行辊压工序的过程中，因为需要对活性物质进行压实，同时活性物质会对箔片产生挤压，最终导致箔片产生延展问题。在涂布的环节中，通常会因为节省活性物质，而适当缩小涂布的宽度，带的边缘会存在数毫米不被活性物质覆盖的区域。因此在进行辊压的过程中，有涂布活性物质的区域与轧辊接触，从而被滚压延展;同时，没有涂布活性物质的区域不会与轧辊接触。如此，极片延展不一，从而在涂料与非涂料的临界区域的外观上形成波浪形皱褶，平行的波浪痕迹与箔带运动方向垂直。这样的褶皱问题，不仅影响外观还会出现脱落、凸起、裂缝等现象[2]。

2.2 极片翘曲断裂问题

长期以来，制约辊压工序生产效率的一个重要因素就是极片断裂，特别是在这个追求高压实密度的时代。在进行辊压工序的过程中，极片经常会呈一定程度的内凹外凸的现象，严重时，就会对极片分切、卷绕等后续工序产生不良影响。而导致极片翘曲断裂的一个重要因素就是活性物质覆盖的区域边缘因为辊压延展而厚边，涂料区边缘会呈现亮边现象，即边缘区域活性物质面密度高于中间区域。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，边缘厚度大的区域会承受更大的轧制力，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。同时，因为边缘区域活性物质过高的面密度，会使箔材本身在辊压的过程中被过度压延而出现翘曲变形、微小裂纹，从而导致极片断裂。

2.3 滚轴压实问题

为提升电池能量密度，减少极片厚度反弹，通常会采用二次辊压的工艺，即采用循序渐进的辊压方法。具体说来，就是双辊连轧的辊压工艺。在双主机连轧环节中，萡带需要与双辊轴向严格垂直。只有这样，才能够保障萡带所覆盖的活性物质得到均匀的受力，最终获得凭证的压实效果。但是，在进辊的过程中会出现萡带偏差的现象，即角度倾斜或者操作员摆放的位置不合理。受以上因素的影响，会导致萡带的一侧出现褶皱现象，降低受力的均衡性。基于此种工况，完成辊压以后萡带表面的活性物质，也同样会出现大面积褶皱的问题。也就是说压实表面不均匀或者位置不均衡。

3 锂离子电池制片中辊压工序问题的解决对策

3.1 优化辊压前的搅拌工艺

操作员应该对加工前的步骤进行优化，提高工作的整体质量，其中主要包括涂布、混料。具体而言，在混料的过程中应该加快搅拌的速度，同时还应该延长搅拌的时间，以此来全面提高混料的均匀性。基于此种方式，可以避免出现聚团的现象。但是，如果搅拌速度过快或者时间过长，则会增加电力消耗以及机械磨损。因此会增加锂离子电池制片的生产成本。同时，不同类型的正极材料所对应的分布能力存在明显差异，所以工艺设计人员应该全面掌握相应材料的性能，实现对搅拌步骤、时间、搅拌强度的合理设计。在涂布过程中，应该对其宽度进行合理控制，避免影响压实的均匀性。在这一环节中还应该避免气泡、颗粒干料的出现，并对箔材表面进行清洁，防止着料不匀的问题。

3.2 优化辊压前的涂布工艺

在涂布过程中，首先，需保障极片涂布的一致性，既要保证极片横向面密度一致性，还要保证整卷极片纵向涂布的均匀性，并配备面密度检测仪实时监测。同时，针对厚边现象，还要对极片活性物质涂布边缘提前进行削薄处理。极片涂布边缘削薄工艺，具体而言，就是控制削薄的区域和削薄的量，既要控制好极片在辊压过程中，中间涂布的活性物质向两边延展量，还要注意电芯组装时的每一处正负极极片对应的容量匹配性。如此，精确的涂布工艺，在改善辊压异常的同时，也提高了辊压的极片厚度精度和活性物质与集流体的粘接强度。

3.3 对辊压过程进行品质监控

在生产锂离子电池的过程中，操作人员需对极片的厚度进行合理控制。对于有条件的生产车间而言，可以将光学厚度实时监控系统应用在生产中。企业尽可能增加资金投入，实现对技术、设备的更新，将光学厚度实时监控系统应用在其中。有能力的企业，还可引入大数据分析方法，对比光学厚度檢测仪实时监控的数据和设备的调整参数（压力、辊缝），快速找出最佳设备参数值，从而减少产品报废量，控制产品合格率。通过以上的方式，可以提高辊压环节产品品质管控的科学性，提高设备的智能程度，降低对员工经验的依赖程度。

3.4 对极片延展的处理方法

对于辊压工序中存在箔片边缘存在的波纹问题，需严格控制设备上各辊的水平度、平行度以及结构稳定性，同时，必须还需在涂布的过程中对其宽度进行控制，尽可能减少金属裸露的面积。通过此方式可以实现对延展问题的控制。另外，可以运用拉伸的方式对非着料部分进行塑性延展，从而与着料部分的辊压延展相匹配，进而改善极片褶皱。操作人员还可以组合型双辊应用在生产中，即中间部分的辊长等于着料的宽度，两侧贴合直径稍大的双辊可以未着料的部分进行延展。不仅如此，还可以对较宽辊上着料的厚度进行测量，然后对着料之外的部分进行PTFE膜覆盖，从而在减轻延展性的同时实现对波纹的消除。对于PTFE膜的厚度而言，主要根据未着料部分、着料部分的具体厚度确定。由于PTFE膜的软硬程度适当，不仅可以对箔片的边缘进行衬托延展，还能够对箔片进行保护[3]。另外，对非着料部分进行加热，能很好的改善拉伸过程中塑性延展的效果，减少大张力拉伸的断带风险。除此之外，在工艺设计方面应该合理解决涂料位置受力问题、极片留白问题，进而避免出现打皱的现象。这一过程中，应该对压实密度、涂布密度进行合理选择，适当降低其密度实现对打皱现象的控制。

3.5 提高极片压实密度

双辊连轧的过程中，由于双辊、箔片之间必须呈现垂直的关系，所以为了实现该目标，可以增加过辊的具体个数。运用这样的方式，可以调整箔片以平整的状态进入其中，实现对箔片进入角度的有效辅助。此外，通过主机摆放和过辊安装精度，来保障双辊、箔片之间垂直关系的严密性和稳定性。为了能够并不断提高极片生产工艺的水平，必须积极调整机械结构，对极片进行位置导向、褶皱展平等。

此外，针对高压实密度，还可以采用轧辊加热的方式。可有效减少极片的内应力，减缓极片切割时，极片的内应力的释放而影响极片切口质量;同时，极片在加热过程中材料处于熔融状态，辊轧可以增加活性物质与流体之间的粘合力，减少极片的在轧制后的材料反弹;此外，还可以降低电池极片的变形抗力，有利于提高活性物质的吸液量。

3.6 提高轧辊表面的整洁性

在锂离子电池制片中辊压工序的优化中，需要重视轧辊表面的情节性，避免对极片生产不良的问题。为了实现着这一目标，操作人员可以使用刮刀、吸尘盒对辊表面进行处理，减少杂物对生产质量的影响。另外，还可以在无纺布上喷洒溶剂对滚动的设备表面予以清洁处理。同时，如果在轧辊的表面使用高致密性物质作为镀层，将会在很大程度上改善粘料的问题。在具体生产过程中，需要操作人员结合自身的实际运行需求，对具体的清洁方式进行选择。基于此，在优化锂离子电池制片生产工序的同时，还能够对产品的质量实现有效的保障，并减少成本的支出，为推动生产企业的发展奠定基础。

4 结语

综上所述，在锂离子电池制片中辊压工序的问题存在很多方面，主要表现是连续性问题、精度性问题、延展性问题以及压实褶皱问题。一旦出现上述问题，应该积极通过恰当的方式进行调整，实现对各个环节的优化，从而提高锂离子制片的生产工艺。长此以往，能够推动锂离子电池制片的生产向着更加成熟、先进的方式发展，并实现可持续发展的目的。

参考文献：

[1]奚红雪，刘新剛，张楚虹.静电纺丝法制备自支撑二氧化锡/碳复合柔性电极及其在锂离子电池中的应用[J/OL].高分子材料科学与工程：1-9[2019-06-07].

[2]许希军，于李涛，张立国，刘军.铁基电极材料在锂/钠离子电池中的应用研究进展[J/OL].中国材料进展：1-15[2019-06-07].

[3]刘斌斌，杜晓钟，闫时建，王荣军，王金鹏.制片工艺对动力锂离子电池性能的影响[J].电源技术，2018，42（06）：788-791+894.