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(1)降低極片在軋制過程中的延伸率和寬展率,降低極片涂層材料孔隙結(jié)構(gòu)的破壞率;
(2)提高極片涂層的厚度一致性,以改善極片的橫截面形狀。
(3)提高極片軋制后電極材料的壓實密度一致性;
(4)減少極片軋制后表面電極材料的反彈;
極片表面涂層材料的壓實密度與電池的電化學(xué)性能有很重要的關(guān)系,合理的壓實密度可有效新增電池的電化學(xué)性能,降低電極的接觸電阻和交流阻抗,新增參與電化學(xué)反應(yīng)的活性材料面積,從而顯著提高極片涂層材料的電化學(xué)性能。鋰離子電池極片制造屬于高精度制造范疇,極片軋制差別于板帶材軋制,板帶材軋制是一個金屬材料發(fā)生縱向延伸和橫向?qū)捳沟倪^程,軋制過程中材料密度不發(fā)生變化。而電池極片表面的電極材料是一種孔隙結(jié)構(gòu),軋制過程中正負(fù)極片上電極材料被壓實,密度發(fā)生變化,極片軋制是一個孔隙結(jié)構(gòu)被填充,涂層顆粒逐漸密實的過程。
極片輥壓的目的有以下幾點(diǎn):
1)保證極片表面光滑和平整,防止涂層表面的毛刺刺穿隔膜引發(fā)短路;
2)對極片涂層材料進(jìn)行壓實,降低極片的體積,以提高電池的能量密度;
3)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;
4)增強(qiáng)涂層材料與集流體的結(jié)合強(qiáng)度,減少電池極片在循環(huán)過程中掉粉情況的發(fā)生,提高電池的循環(huán)壽命和安全性能。
此前,鋰離子電池極片輥壓工藝基礎(chǔ)解析(點(diǎn)擊閱讀)文章分享了輥壓基礎(chǔ)知識,有人詢問輥壓溫度對電池極片和電池性能的影響,本次分享一份資料,摘取其中部分說明鋰離子電池極片輥壓溫度的影響。極片輥壓分為冷軋和熱軋兩種方式,目前國外已經(jīng)廣泛采用熱軋的方式進(jìn)行極片軋制,而國內(nèi)還是多采用冷軋的方式。與冷軋相比,熱軋重要有以下優(yōu)點(diǎn):
1)可以減少約50%的極片反彈;
2)利用較小的軋制力即可將極片的厚度壓縮到工藝需求的厚度,軋制力最大可減小62%;
3)增強(qiáng)涂層材料與集流體的結(jié)合力,減少電池在充放電循環(huán)過程中掉粉情況的發(fā)生,提高電池的循環(huán)壽命。
劉彬彬等采用LiFePO4作為正極材料,鋰片作為負(fù)極材料,制成扣式鋰離子電池,以面密度、壓實密度和厚度一致性三個參數(shù)為指標(biāo),考察了正極片的軋制溫度對電池極片和電池電化學(xué)性能的影響。
為涂敷厚度為100μm的極片在不同軋制溫度下的厚度曲線,如圖所示,隨著軋制溫度由20℃新增為90℃再新增為160℃,極片厚度偏差由±1.9μm降低為±1.3μm再降低為±0.8μm,極片厚度一致性逐漸提高,這是因為隨著軋制溫度的新增,極片涂層變形抗力減小,可塑性變好,使得極片表面厚度更加均勻。
為不同制溫度下的極片涂層材料表面SEM圖,,軋制溫度為20℃時,極片涂層表面部分區(qū)域顆粒結(jié)合較為緊密,部分區(qū)域還不夠緊密,且存在少量微孔;軋制溫度為90℃時,極片涂層表面顆粒緊密結(jié)合程度新增,緊密結(jié)合區(qū)域新增,微孔數(shù)量在減少;軋制溫度為160℃時,極片涂層表面顆粒緊密結(jié)合程度進(jìn)一步新增,緊密結(jié)合區(qū)域進(jìn)一步增大,微孔數(shù)量進(jìn)一步減少。軋制溫度的不同改變了涂層的變形抗力,使得極片涂層材料表面具有不同的致密程度。