锂电池极片辊压工艺基础解析

锂池辊工础析

锂电池片压工艺础析锂离子池极片制造般工艺程为：活性质，粘剂和导电剂混合制备成料，然后涂在铜或集流体两面经干燥去除溶剂形极片，片颗粒层经过压实密化，裁切或分条辊压是电池极片最用的压工艺，对于其他工过程，压对极片孔结构的变巨大，而也会影导电剂分布状态，而影响池的电化学能。为获得最优化孔洞结，充分认和理解辊压实工艺程是十分重的。辊压工基本过程工业生上，锂电池片一般用对辊机连辊压压，如图1示，在此过程，两面涂敷粒涂层极片被送入辊的间中，在轧辊载荷作下涂层压实，从辊出来后极片会发生性回弹致厚度增加因此，缝大小轧制载荷是个重要参数，一般，辊缝小于要求的片最终度，或荷作用能使层被压。另外，辊速度的小直接决定荷作用极片上保持时间，会影响片的回弹，终影响片的涂层密和孔隙。

LCLNcLCLNc0cc图极片压过程意图在轧制度下，极片过辊缝，线载荷可式（计算：q=F/W其中，为作用在极片的线载，F为作在极上的轧力，Wc为极片涂的宽度。辊压过极片微观结的演变通过辊，片被压，层密由初始ρ变为。压实密度可由，式（2）计算

ECECECEC其中，m为单位面积的电极片重，为单位面内的集体重量，h为电极厚度，为集流厚度。压实密度与片孔隙相关，物理的涂层孔率

ε

可由式（3计算其含义颗粒部的孔和颗粒之间孔隙在涂层体积分数：其中，为层各组材料均物理密度。在实际辊压工艺中随着轧压力变化，片涂层实密度具有定规律，图2为片涂层度与制压力关系。图极片层密度与轧压力的系曲线区，为第一阶。此阶压力相对较，涂层颗粒产生位，孔隙被填，压力稍有加时，片的密度快增加，片的相对密变化有律。

曲线区域，为第二段。此阶段力继续加，极片经缩后，度已增高。隙已被填充浆料颗产生了更大压实阻。压力再继提高，极片密增加较少。此时浆颗粒间的位已经减，颗粒大量变形还开始。曲线区域，第三阶。当压力超一定值，压力增加片密度会继续增，随后又逐平缓下。这是因为压力超浆料颗粒的界压力，颗粒开变形、破碎颗粒内的孔隙也被充，使片密度继续大。但压力继增加，极片度的变逐渐平缓。实际极轧制过程的况十分杂。在第一段，粉体的致密化然以浆料颗的位移为主但同时有少量的变。在第阶段，致密以浆料粒的变为主，同时会存在量位移。另外，于正负极材本身性差异，正负极片辊过程微观结变化也不相。正极颗粒料硬度，不容易产变形，石墨负极硬小，压过程会生塑性变形如图3所。中等程度压实会轻石墨的塑变形量锂离子入和脱出阻更小，池循环稳定更好。载荷过大可导致颗破碎。极极片中由活性物导电性很差与负极比，辊压过引起导剂分布化对电子传影响更显。

图3负极极片压颗粒移和变形示图压实密对电化学性的影响在电池片中，电子导主要过多孔结构的活性质和导电剂行，而锂离传导主要通多孔结中的电解液进行，解液填充在孔电极孔隙中锂离子在孔内通过解液传导，离子的导特性与孔率密切关。孔率越大，相于电解相体积分数高，锂子有效电导越大。电子通活物质或碳相等固传导，固相体积分，迂曲度又接决定子有效导率。孔隙和固相体积分数是互矛盾，孔隙率大然导致相体积数降低，因，锂离和电子的有传导特也是相互矛的。一方面压实极片改电极中粒在之间的触，以电极涂层和流体之间的触面积，降不可逆量损失接触阻和交阻抗。另一面，压太高，隙率损失，隙的迂度增加，颗发生取，或活物质粒表面

合剂被压，限制锂的扩散离嵌入/脱，锂子扩散力增加，电倍率性能下。辊压工参数的影响律前面提辊压工艺直决定极的多孔结构而线载、速度等辊工艺参数对片微观结构底有什样的影响呢德国布瑞克工业大研究人等做了关的究。他们研发现，锂离电池极的压实过程遵循粉冶金领域的数公式（4），这示了涂密度孔隙率压实载荷之的关系其中，和可以通实验数据拟得到，别表示某工条件下层能够达到最大压实密以及涂层压阻抗。表实验正负极片参数

研究者表中示NCM三正极极和石负极极进行辊压实，研究辊压艺参数对极涂层密和孔隙率的响规律根据材料物真密度算，孔隙率为0%时正极涂层度应该为g/cc负极涂密度应该为2.2g/cc。而实际根据实数据拟合得了参数见表2表明正涂层达到的大密度3.2g/cc负极约1.7g/cc。图辊压线载荷正负极片涂层密度关系，同的荷和辊线速度条件采集实验数点，然采用指数方（4）对数进行拟，得相应的方程合参数，列表2。表示为涂的压实抗，较低值明随着载荷增加涂层密度能较快达最大值，而高的阻值表明涂层度较慢到最大。从图和表2可见，压速度涂层密度影较小，小的速度导致涂密度略微增。另外正负极极片压实过差异大，正极片压阻抗大为负极的一多，这由于正负极料特性异引起的，极颗粒度大，实阻抗大，负极颗硬度小，压阻抗小更容易辊压实。图4线载与正负极片涂层压密度的系

表2不同压工艺件下拟合得的参数此外，孔隙结构角分析辊工艺的影响电池极涂层的孔隙要包含两类颗粒材料内的孔隙尺寸为纳米-亚米级；粒之的孔隙尺寸为微米。图5不同辊条件下负极极片中径分布况，首先很显可以看到片压实可以小孔径寸并降低孔含量。着压实密度加，与极相比负极孔径尺更明显低，这是由负极涂压实阻抗低容易被压压实同时数据表辊压速对孔隙结构较小。图不同压条件孔径分布

从涂层孔隙率角度虑，辊线载荷与涂孔隙率间也可以通指数方程拟得到规律，6线载荷正负极极片层孔隙的关系，不的线载荷作下对正负极片进行压，通过