一、輥壓工藝原理及目的
輥壓工藝是通過將電池正負(fù)極材料與活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物進(jìn)行輥壓，使其形成致密的結(jié)構(gòu)。輥壓的主要目的包括：
使極片的表面保持光滑和平整，防止因極片表面的毛刺刺穿隔膜而引起的電池短路隱患。
對涂覆在極片集流體的電極材料進(jìn)行壓實(shí)，減小極片的體積，提高電池的能量密度。
使活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑顆粒接觸更加緊密，提高電子導(dǎo)電率。
使涂層材料與集流體的結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)，減少電池極片在循環(huán)過程中掉粉情況的發(fā)生，提高鋰電池的循環(huán)壽命和安全性能。
二、輥壓工藝過程
1.材料準(zhǔn)備：將電池的正負(fù)極材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物按照工藝要求涂布在鋁箔或銅箔上。
2.輥壓機(jī)調(diào)試：將電池正負(fù)極極片放置在輥壓機(jī)中，調(diào)節(jié)輥輪的壓力、張力和速度等，使其適應(yīng)電池的工藝尺寸和要求。
3.輥壓過程：輥壓機(jī)開始運(yùn)行，輥輪對電池正負(fù)極極片進(jìn)行壓制，使其活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物發(fā)生物理反應(yīng)，形成致密的結(jié)構(gòu)，達(dá)到工藝要求的壓實(shí)厚度。
三、輥壓工藝效果影響因素
1.輥輪的壓力和速度：輥輪的壓力和速度是影響輥壓工藝效果的重要因素。輥輪的壓力過大會導(dǎo)致電池正負(fù)極材料的變形過度，影響電池的循環(huán)壽命；輥輪的速度過快會導(dǎo)致電池正負(fù)極材料與活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物的壓實(shí)不夠，影響電池的能量密度。
2.正負(fù)極材料的性質(zhì)：不同的正負(fù)極材料具有不同的壓實(shí)密度，需要選擇合適的輥壓參數(shù)進(jìn)行處理。
3.活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物的性質(zhì)：活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物的濃度、組成等因素都會影響電池正負(fù)極極片輥壓厚度。
4.輥壓機(jī)的性能：輥壓機(jī)的性能也會影響輥壓工藝效果。例如，輥壓機(jī)的精度、穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)等都會影響輥壓的質(zhì)量和效率。
四、輥壓工藝對電池性能的影響
1.能量密度：輥壓過程中，輥輪對電池正負(fù)極材料進(jìn)行壓制，減小了正負(fù)極片厚度，從而提高了電池的能量密度。
2.循環(huán)壽命：輥壓過程中，輥輪對電池正負(fù)極材料進(jìn)行壓制，提高了正負(fù)極片粉料的粘附力，改善了電池正負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，減少了電池的內(nèi)阻和容量衰減，從而提高了電池的循環(huán)壽命。
3.安全性：輥壓工藝可以增加電池正負(fù)極材料與活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等混合物的接觸面積，提高電池的反應(yīng)速率和電荷傳輸效率，從而提高電池的安全性。
4.內(nèi)阻：輥壓工藝可以改善電極的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低電池的內(nèi)阻，提高電池的充放電性能。
然而，輥壓工藝也存在一些不利的影響。例如，輥壓會顯著降低極片的孔隙率，導(dǎo)致電解液浸潤效率降低，Li+傳輸阻力增加，電極極化增加。此外，輥壓后的極片拉伸斷裂強(qiáng)度和楊氏模量增加，彈塑性減弱，脆性增強(qiáng)，在后續(xù)的分切和卷繞過程中易形成應(yīng)力集中和較大的內(nèi)壓力，導(dǎo)致極片的性能衰減。
五、輥壓工藝常見問題及解決方案
1.極片厚度不均勻：這主要是由于軋輥軸線與各過棍軸線不平行所致?？赏ㄟ^調(diào)整各輥軸線平行度來解決此問題。
2.極片表面出現(xiàn)麻點(diǎn)：這主要是由于軋輥表面的疲勞點(diǎn)蝕引起的。這與軋輥材質(zhì)、熱處理金相組織不均勻、輥面抗疲勞強(qiáng)度差以及軋輥表面粗糙度有關(guān)?？赏ㄟ^改進(jìn)軋輥材質(zhì)和熱處理工藝、提高輥面抗疲勞強(qiáng)度以及優(yōu)化軋輥表面粗糙度來解決此問題。
3.極片滾壓厚度反彈：這主要是由于極片滾壓后殘余彈性變形量大、環(huán)境濕度大所致。可通過優(yōu)化輥壓參數(shù)、控制環(huán)境濕度以及采用熱輥壓工藝來降低極片的彈性變形量，從而減小厚度反彈。
4.極片板型不平整：這主要是由于極片滾壓變形量不均勻、前后張力小且不均勻或極片涂布厚度誤差所致?？赏ㄟ^優(yōu)化輥壓工藝參數(shù)、調(diào)整前后張力以及提高極片涂布厚度的一致性來解決此問題。
六、輥壓工藝的發(fā)展趨勢
隨著鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，輥壓工藝也在不斷創(chuàng)新和改進(jìn)。未來的發(fā)展趨勢包括：
1.設(shè)備大型化、集成化：為了提高生產(chǎn)效率，輥壓機(jī)正向大型化、集成化方向發(fā)展。目前輥身長度最長已達(dá)到1600mm，未來可能會繼續(xù)增加。
2.智能化程度提高：動力和儲能電池企業(yè)由于自身產(chǎn)能規(guī)模較大，對于輥壓設(shè)備的智能化程度要求較高。例如，自動化程度較高的附帶檢測手段的輥壓設(shè)備將越來越受歡迎。
3.熱輥壓工藝的應(yīng)用：為了提高產(chǎn)線的持續(xù)性、減少斷帶，頭部鋰電池廠商傾向于采用熱輥工藝。熱輥工藝可以降低極片內(nèi)應(yīng)力、反彈幾率及變形抗力，提高極片的質(zhì)量。
4.輥壓參數(shù)的優(yōu)化：輥壓參數(shù)的優(yōu)化是提高電池性能的關(guān)鍵。未來將通過實(shí)驗(yàn)和模擬等方法不斷優(yōu)化輥壓參數(shù)，以獲得更好的電池性能。
鋰電輥壓工藝是鋰離子電池生產(chǎn)過程中一個重要的環(huán)節(jié)。通過合理控制輥壓參數(shù)和工藝條件，可以獲得具有優(yōu)良性能的鋰離子電池。同時，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，輥壓工藝也將不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，以適應(yīng)更高性能電池的需求。
（來源電池制造工程師）
