锂离子电池极片辊压工序简介.ppt
锂离子电池辊压工艺
锂离子电池辊压工艺锂离子电池辊压工艺是一种有利于流体化生产的锂离子电池生产工艺，它是将涂布好的正负极片通过辊压设备将正负极片压紧，从而形成电池正负极接触面，并通过其他工序完善电池的组装工艺，从而达到电池的组装和完善的目的。
2. 工艺特点（1）辊压工艺的技术要求比较严格，辊压设备要求具备较强的压力精度，能够精确的控制压力，并且正负极片的厚度也必须保持一定的精度要求，同时特殊的表面处理要求也得到了有效的满足。
（2）辊压工艺的特点是快速、不变形、省时、省力，对正负极片的厚度要求也相对较低，从而能够降低过厚的正负极片产生的表面损耗，提高电池产品的成型效果。
（3）辊压工艺还具有良好的灵活性和可靠性，它可以根据电池的型号和规格随意更改，实现快速的电池更换，提高了工作效率。
3. 设备要求辊压工艺所需要的设备主要包括：（1）辊压机：需要能够满足规定的压力要求，正负极片的厚度必须保持一定的精度要求，能够有效的将正负极片压紧，从而将正负极片的接触面紧密接合。
（2）辊压轴：辊压工艺的核心设备，需要具有良好的抗磨损、耐腐蚀性能，同时能够有效的控制正负极片的厚度，保持一定的表面处理精度。
（3）辊压组件：辊压组件的设计要求要符合正负极片的设计规范，誊损要合理，正负极片要保持足够的表面粘结力，以及一定的弹性。
4. 操作要求（1）在进行辊压工艺前，需要首先将正负极片涂布好，确保正负极片接触面涂料均匀，接触面涂布厚度一致。
并且在辊压前，需要辊压机进行调试，确保辊压机的压力是否能够达到规定要求。
（2）正负极片在辊压工艺过程中，需要注意正负极片的厚度调节，确保正负极片的厚度调节在一个可接受的范围内，以保证电池的质量。
（3）在辊压工艺过程中，需要定期对辊压机进行维护，以确保辊压机的正常运行，并保持辊压机的压力精度。
5. 安全注意事项（1）辊压过程中必须注意控制压力，确保压力控制在规定的范围内，以免对正负极片造成损坏。
（2）辊压过程中，应注意人身安全，不要接触辊压机的高速运转部分，防止发生受伤。
锂电池极片辊压工艺基础解析
锂电池极片辊压工艺基础解析锂电池极片辊压工艺基础解析锂离子电池极片制造一般工艺流程为：活性物质，粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成极片，极片颗粒涂层经过压实致密化，再裁切或分条。
辊压是锂电池极片最常用的压实工艺，相对于其他工艺过程，辊压对极片孔洞结构的改变巨大，而且也会影响导电剂的分布状态，从而影响电池的电化学性能。
为了获得最优化的孔洞结构，充分认识和理解辊压压实工艺过程是十分重要的。
辊压工艺基本过程工业生产上，锂电池极片一般采用对辊机连续辊压压实，如图1所示，在此过程中，两面涂敷颗粒涂层的极片被送入两辊的间隙中，在轧辊线载荷作用下涂层被压实，从辊缝出来后，极片会发生弹性回弹导致厚度增加。
因此，辊缝大小和轧制载荷是两个重要的参数，一般地，辊缝要小于要求的极片最终厚度，或载荷作用能使涂层被压实。
另外，辊压速度的大小直接决定载荷作用在极片上的保持时间，也会影响极片的回弹，最终影响极片的涂层密度和孔隙率。
图1 极片辊压过程示意图在轧制速度V cal下，极片通过辊缝时，线载荷可由式（1）计算：q L = F N / W C其中，q L为作用在极片上的线载荷，F N为作用在极片上的轧制力，Wc为极片涂层的宽度。
辊压过程极片微观结构的演变通过辊缝，极片被压实，涂层密度由初始值ρc变为ρc。
压实密度ρc可由，0式（2）计算：其中，m E为单位面积内的电极片重量，m C为单位面积内的集流体重量，h E为电极片厚度，h C为集流体厚度。
而压实密度与极片孔隙率相关，物理上的涂层孔隙率εc,ph可由式（3）计算，其含义为颗粒内部的孔隙和颗粒之间的孔隙在涂层的体积分数：其中，ρph为涂层各组成材料平均物理真密度。
在实际的辊压工艺中，随着轧制压力变化，极片涂层压实密度具有一定规律，图2为极片涂层密度与轧制压力的关系。
图2 极片涂层密度与轧制压力的关系曲线 I 区域，为第一阶段。
细致分析锂离子电池中的极片辊压工艺【钜大锂电】
细致分析锂离子电池中的极片辊压工艺【钜大锂电】先来张图，如上图，这是一款时髦流行的辊压分切一体机图片，通过把涂布后的极卷，运送到辊压机，经过双辊的压力，把极片压薄，控制在我们想要的厚度，达到增强剥离强度、减少离子传输距离的效果。
基本原理则：因此得到：注：R为辊的半径，=H-h简单的公式计算，只是让你明白他们之间的关系。
涂布后极片厚度不变的情况下，辊的直径越大，极片越薄。
极片所需要的厚度，通过张力控制双辊来实现。
辊压后的结构更加稳定，颗粒之间空隙间距更小。
辊压影响克容量、首次库伦效率、倍率性能，循环性能等。
辊压关键点1、厚度影响极片厚度一致性的主要原因有轧辊直线度，辊跳度，辊弯曲等。
轧辊直线度影响因素多是由于长期使用，辊有磨损。
辊跳值则是由辊的刚性有关，刚性越好，辊跳值越小。
辊弯曲则是需要张力和轧件的变形抗力共同决定，轧件变形张力越大，辊弯曲越大，简单来说就是轧纸片和铁片，两者造成的辊弯曲度不一样。
2、打皱影响极片打皱的原因主要有导辊水平度和平行度，张力不均，收卷张力等。
辊压过辊打皱示意图3、PINCH工艺主要是为了消除打皱而提出的一种工艺，通过差速拉伸，使得涂覆区和极耳区长度一致，消除打皱。
在辊压的过程中，极耳区比较薄，双面涂布下是无法接触到轧辊，涂覆区受到辊的压力，两边张力不一致，一般来讲，辊径越小，极片延展越严重，褶皱越厉害。
4、极片反弹上一张老图，如上图：1塌陷期-2初步作用期-3剧烈作用期-4受控反弹期-5自由反弹期。
反弹是一定的，但是反弹率我们希望在可接受的范围，并且稳定下来，使用辊压后烘烤(baking)可以加速极片的反弹并让其尽快稳定下来。
辊压后测试辊压阶段常测量极片厚度、剥离强度、弧高和延伸率。
一般来说，压力越大，膜片区延伸就越大。
一般控制孤高为±3mm之内，延伸率<0.8%。
厚度可实时监测，剥离强度需根据样本检测，如果配备分切设备，还需要测量毛刺，允许毛刺长度<隔膜厚度/2。
锂电池极片辊压工艺基础解析
锂电池极片辊压工艺基础解析锂离子电池极片制造一般工艺流程为：活性物质，粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成极片，极片颗粒涂层经过压实致密化，再裁切或分条。
辊压是锂电池极片最常用的压实工艺，相对于其他工艺过程，辊压对极片孔洞结构的改变巨大，而且也会影响导电剂的分布状态，从而影响电池的电化学性能。
为了获得最优化的孔洞结构，充分认识和理解辊压压实工艺过程是十分重要的。
辊压工艺基本过程工业生产上，锂电池极片一般采用对辊机连续辊压压实，如图1所示，在此过程中，两面涂敷颗粒涂层的极片被送入两辊的间隙中，在轧辊线载荷作用下涂层被压实，从辊缝出来后，极片会发生弹性回弹导致厚度增加。
因此，辊缝大小和轧制载荷是两个重要的参数，一般地，辊缝要小于要求的极片最终厚度，或载荷作用能使涂层被压实。
另外，辊压速度的大小直接决定载荷作用在极片上的保持时间，也会影响极片的回弹，最终影响极片的涂层密度和孔隙率。
图1 极片辊压过程示意图在轧制速度V cal下，极片通过辊缝时，线载荷可由式（1）计算：q L = F N / W C其中，q L为作用在极片上的线载荷，F N为作用在极片上的轧制力，Wc为极片涂层的宽度。
辊压过程极片微观结构的演变通过辊缝，极片被压实，涂层密度由初始值ρc变为ρc。
压实密度ρc可，0由式（2）计算：其中，m E为单位面积内的电极片重量，m C为单位面积内的集流体重量，h E为电极片厚度，h C为集流体厚度。
而压实密度与极片孔隙率相关，物理上的涂层孔隙率εc,ph可由式（3）计算，其含义为颗粒内部的孔隙和颗粒之间的孔隙在涂层的体积分数：其中，ρph为涂层各组成材料平均物理真密度。
在实际的辊压工艺中，随着轧制压力变化，极片涂层压实密度具有一定规律，图2为极片涂层密度与轧制压力的关系。
图2 极片涂层密度与轧制压力的关系曲线 I 区域，为第一阶段。
此阶段压力相对较小，涂层内颗粒产生位移，孔隙被填充，压力稍有增加时，极片的密度快速增加，极片的相对密度变化有规律。
锂离子电池极片辊压工序简介
弹导致厚度增加。因此辊缝大小和扎制载
荷是两个重要的参数，所以辊缝要小于要
求的极片最终厚度。辊压速度的大小直接
决定载荷作用在极片上的保持时间，也会
影响极片的回弹，最终影响极片的涂层密
极片你辊压示意图
度和孔隙率。
在辊压速度Vcal下，极片通过辊缝，线载荷可由以下公式计算：
qL=Fn/Wc 其中qL为作用在极片上的线载荷，Fn为作用在极片上的轧制力，Wc为 极片涂层的宽度。
所能 尽
可能
创造
Sherk
三 辊压影响
2.辊压情况对电芯性能的影响
辊压过程会出现的几个典型问题是：
①极片厚度不一致。厚度不一致，意味着活物质密度不一 致，锂离子和电子在极片中传输、传导速率则会有所不同 。当电流密度不同时，极易引起枝晶锂的析出，对电芯性 能不利。此外，极片厚度不同时，活性物质与集流体之间 的接触电阻也是不同的，极片越厚内阻越大，电池极化也 就越严重，影响电芯容量。 ②极片部分位置出现过压。原因可能是涂布时部分位置厚 度过厚，过压后影响电解液的浸润效果，对电芯的性能也 有很大的影响。易出现析锂现象
所能 尽
可能
创造
Sherk
三 辊压影响
1.辊压情况对极片加工状态的影响
辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度 一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。但是 ，在实际生产中操作熟练度、设备运行情况等都会引起 部分问题的产生。
最直接的影响是影响极片分切，分切极片宽度不一致， 极片出现毛刺；辊压结果影响极片的卷绕，严重的翘曲 会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙， 在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加，成为应力集中 点，影响电芯性能。
160 161.1 159
锂离子电池极片辊压工艺模拟
锂离子电池极片辊压工艺模拟来源：mikoWoo LIBLife工业生产上，锂电池极片一般采用对辊机连续辊压压实，如图1所示，在此过程中，两面涂敷颗粒涂层的极片被送入两辊的间隙中，在轧辊线载荷作用下涂层被压实，从辊缝出来后，极片会发生弹性回弹导致厚度增加。
图1 锂电池极片辊压示意图电池极片的轧制不同于金属板材的轧制，比如轧钢的过程是一个板材沿纵向延伸和横向宽展的过程，其密度在轧制过程中不发生变化；而电池极片的轧制是一个正负极板上电极粉体材料压实的过程，其目的在于增加正极或负极材料的压实密度。
压实对极片微结构的控制起决定性作用，影响电池的电化学性能。
辊压是锂电池极片最常用的压实工艺，相对于其他工艺过程，辊压对极片孔洞结构的改变巨大，而且也会影响导电剂的分布状态，从而影响电池的电化学性能。
为了获得最优化的孔洞结构，充分认识和理解辊压压实工艺过程是十分重要的。
文献[1]采用离散元法模拟了锂离子电池极片辊压过程中，微结构的演变过程。
离散元是一种与连续介质力学中的finite element method相区别的数值计算方法，主要用来计算大量颗粒在给定条件下如何运动。
单颗粒力学行为首先，作者采用纳米压痕设备测试了单个颗粒的压缩载荷应力-应变曲线，并采用两种材料本构模型拟合数据：弹塑性模型和Hertz模型，结果如图2所示。
从应力-应变曲线确定材料屈服点，屈服点以下材料主要是弹性行为，颗粒形貌基本无变化（图2c），符合Hertz理论；屈服点以上，材料是塑性行为，颗粒发生断裂（图2b），符合弹塑性理论。
通过大量实验，拟合了屈服应变与颗粒尺寸的关系（图2d）。
Hertz接触理论是研究两物体因受压相触后产生的局部应力和应变分布规律的学科。
1881 年 H.R.赫兹最早研究了玻璃透镜在使它们相互接触的力作用下发生的弹性变形。
他假设：① 接触区发生小变形。
②接触面呈椭圆形。
③相接触的物体可被看作是弹性半空间，接触面上只作用有分布的垂直压力。
【正式版】锂离子电池PPT
异常(4M1E)点原因分析
人（Man）:未按工艺要求和作业指导书和操作规程去 做。
机（Machine ）：机器出现故障，造成不合格产品。 物（Material）：材料的不良原因造成不合格产品。 法（Mothod ）：运用方法不当，造成不合格产品。 环（Environments ）：环境影响造成不合格产品。
涂布：烤箱温度和涂布速度的设置，涂布尺寸和面 密度的把握，刀表的调节和首板的重要性，环境湿 度的留意，过程中厚度的精确测量。留意涂布外观 和结合力等问题，批号下转的标识问题。
制片：大卷烘烤时间的把握，对辊厚度的要求，注 意极片的脆性、延伸和反弹问题。分切时有无毛刺 和波浪边。制片时控制焊点有无虚焊。极耳、胶纸 的外露和极片长度的精确。
电池总反应： LiCoO2 + C ==== 反应。
海特锂离子电池工艺流程
配料→涂布→大卷烘烤→辊压→分切→ 自动制片→刷片→卷绕→装配→ 电芯烘烤→注液→化成→分容检测 →分容配组→转PACK →包装入库
主要型号
(容量型) 18650-1400-3.3v(成熟) 18650-1500-3.3V(成熟) 18650-1600-3.3v(成熟) 26650-3000-3.3V (成熟) 26550-3200-3.3v (成熟) 26650-3400-3.3V(正在开发中) 123A-450-3.3V (成熟) 123A-500-3.3V(成熟) AA/2-200-3.3V(成熟)(组合9V电池)
锂离子电池
纲目
锂离子电池组成与工作原理 锂离子电池的工艺流程 锂离子电池各工序控制要点 不足及需要改善的地方 异常原因分析各工序控制要点 教训案例 海特电池相关介绍
锂离子电池极片模切工艺简介
图5不同的激光切割工艺条件下单面图层负 极极片的切边形貌
可 能 图6不同的激光切割工艺条件下单所面能图层正
极极片的切边形貌
尽
创造SLeabharlann erk模切设备激光切割
由于锂离子电池极片是双面涂层+中间集流体金属层的结构，而且涂层与金属箔材之间性质差异大， 对激光作用的响应也不相同。激光作用在负极石墨层或正极活物质层时，由于它们具有很高的激光吸收 率，导热系数也很低，因此，涂层需要相对较低的熔化和汽化激光能量，而金属集流体对激光具有反射 作用，并且热传导快，因此金属层的熔化和汽化激光能量升高。图7是单面涂层的负极在激光作用下极片 厚度方向的铜成分和温度分布，当激光作用在石墨层时，由于材料的特性，石墨主要发生汽化，当激光 侵入到金属铜箔时，铜箔开始发生熔化，形成熔池。工艺参数不合适时，可能出现问题：（1）切边涂层 脱落，露出金属箔材，如图8左图所示；（2）切边周围出现大量切屑异物。这些都会导致电池出现性能 下降、安全性品质问题，如图8右图所示。因此，当采用激光切割时，需要根据活物质材料和金属箔材的 特性，优化合适的工艺参数，才能既完全切割极片，又形成良好的切边质量，不产生金属切屑杂质残留 。
①保证极耳尺寸 符合工艺标准； ②调机时用低速 裁切。模切速度 根据收卷情况、 极片有无破损等 实际情况适当调 整 ③除尘滤芯定期 更换并记录；边 角料收集箱满后 及时清理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
所能 尽
可能
创造
Sherk
四 辊压常见问题及解决办法
负极压死析锂
当负极片压实超过其极限时，锂离子来到负极后就会由于负极结构被压坏或
没有充足的嵌入空间而析出在负极表面。负极压死造成的析锂并不像化成接
触不好那样的析锂可以修复，且对电芯的容量、循环皆有致命影响。
所能
可能
尽
创造
Sherk
四 辊压常见问题及解决办法
7
160 160 159 159 160 159 160 162 159
24
160
161
160
160
161
160
161
162
160
所能
可能
尽
创造
Sherk
极片厚度反弹
正极极片每小时测试厚度反弹曲线图
正极极片每小时测试厚度反弹均值曲线图
小结：正极极片辊压后第1h测试厚度反弹波动在2μm左右，之后8h 内变化较小，24h后为最大值为4μm左右，根据以上数据分析正极 厚度反弹稳定在辊压1h以后，所以厚度检测应在1h以后进行。
0.5 158.1 160.6 158
158 158.4 159
159
160
158
1
160 160.2 159.3 159.4 159.6 158.9 160 161.1 159.3
2
160 160.4 159.5 159.5 159.9 159
160 161.1 159
3
160.5 160.5 159.8 159.5 159.8 159
目的：辊压是为了提高涂层的密
度，并使电极厚度能符合电池装配 的尺寸。
·保证极片表面光滑和平整，防止涂层表面的毛刺刺 穿隔膜引发短路； ·对极片涂层材料进行压实，降低极片的体积，以提 高电池的能量密度； ·使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密，提高电子 导电率； ·增强涂层材料与集流体的结合强度，减少电池极片 在循环过程中掉粉情况的发生，提高电池的循环寿命 和安全性能。
所能 尽
可能
创造
Sherk
四 辊压常见问题及解决办法
4.极片波浪边严重
波浪边影响：极片涂布之后，除活物质外还有部分铜铝箔外露，在极 片经过辊压之后，外露的铜铝箔边出现较密集的波浪纹路。此种现象 的出现会影响电芯的卷绕、热压、极耳焊接等工艺。 产生波浪边的原因是：当极片在辊压的过程中，活性物质之间相互挤 压，并对铜箔、铝箔施加了一定的压力，则会产生一定的延展。在辊 压时，没有活性物质涂覆的部分没有发生延展，而有活物质的极片在 辊压力作用下产生延展，延展不一在外观上形成箔带边缘的波浪形皱 褶，平行的波浪痕迹与箔带运动方向垂直。附着在皱褶箔带上的活性 物质易发生裂缝、凸起或脱落。 解决办法：设计合理的涂布面密度和辊压压实密度可以减少极片波浪 边的发生。另外，辊轮不平时也会导致波浪边。
所能 尽
可能
创造
Sherk
三 辊压影响
2.辊压情况对电芯性能的影响
辊压过程会出现的几个典型问题是：
①极片厚度不一致。厚度不一致，意味着活物质密度不一 致，锂离子和电子在极片中传输、传导速率则会有所不同 。当电流密度不同时，极易引起枝晶锂的析出，对电芯性 能不利。此外，极片厚度不同时，活性物质与集流体之间 的接触电阻也是不同的，极片越厚内阻越大，电池极化也 就越严重，影响电芯容量。 ②极片部分位置出现过压。原因可能是涂布时部分位置厚 度过厚，过压后影响电解液的浸润效果，对电芯的性能也 有很大的影响。易出现析锂现象
160 161.1 159
4
160.7 160.5 159.9 159 159.9 159.1 160 161.1 159.5
5
160 160.1 159 159 159.9 159 160.6 161.3 159
6
160 160.8 159.2 159.2 160 159 160.5 161.8 159
所能 尽
可能
创造
Sherk
三 辊压影响
1.辊压情况对极片加工状态的影响
辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度 一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。但是 ，在实际生产中操作熟练度、设备运行情况等都会引起 部分问题的产生。
最直接的影响是影响极片分切，分切极片宽度不一致， 极片出现毛刺；辊压结果影响极片的卷绕，严重的翘曲 会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙， 在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加，成为应力集中 点，影响电芯性能。
生
正负极极片辊压颗粒位移和变形
产过程中辊压后的极片一致性越高越好，
表现为表面平整、色泽一致、无暗斑、反
弹横向厚度、纵向厚度一致性高、厚度小
、褶皱少、无裂边等。
所能
可能
尽
创造
Sherk
二 辊压过程
辊压工艺基本过程：辊压时极片送入
两辊缝隙中，在轧辊线载荷作用下涂层被
压实，从辊缝出来后，极片会发生弹性回
3.极片横向、纵向厚度不同
横向：在极片辊压过程中，常出现测量左右极片厚度不一致的 情况。当极片左右厚度不一致时，需首先排除极片涂布过程中 的影响，当测试未辊压的极片左右厚度一致时，则需要对辊压 压力进行左右调节，以保证极片辊压后左右压实密度一致。在 辊压过程中要定时对极片进行测试，以防辊压途中压力发生变 动。 纵向：有时会出现极片经过辊压后，测试极片厚度符合要求， 但是在分切时又出现厚度增加的现象。此为极片的反弹现象，
极片反弹一是极片内部水分较多，而是辊压时速度太快。极片 反弹问题可以通过使用热辊工艺和控制辊压速度解决。
所能 尽
可能
创造
Sherk
极片厚度反弹
正极辊压时间-厚度变化表格
时间/h 样本点1 样本点2 样本点3 样本点4 样本点5 样本点6 样本点7 样本点8 样本点9
0.08 157.6 160.1 157.5 158.5 157.2 159.1 158.3 159.8 157.4
锂离子电池辊压工艺简介
所能 尽
可能
创造
Sherk
目录
பைடு நூலகம்
1
辊压目的
2
辊压过程
3
辊压影响
辊压常见问题及解决办法 4
5
辊压工艺要求
6
操作注意事项
所能 尽
可能
创造
Sherk
一 辊压目的
一般来说，在材料允许的压实范围内，极片压实密度越大，电池的 容量就能做的越高，所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指 标之一。但是一味的追求高压实，不但替身不了电池的比容量，还 会严重降低电池比容量和循环性能。
弹导致厚度增加。因此辊缝大小和扎制载
荷是两个重要的参数，所以辊缝要小于要
求的极片最终厚度。辊压速度的大小直接
决定载荷作用在极片上的保持时间，也会
影响极片的回弹，最终影响极片的涂层密 度和孔隙率。
极片你辊压示意图
在辊压速度Vcal下，极片通过辊缝，线载荷可由以下公式计算： qL=Fn/Wc
其中qL为作用在极片上的线载荷，Fn为作用在极片上的轧制力，Wc为 极片涂层的宽度。