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锂电池制片工艺对电池一致性的影响

锂电池制片工艺对电池一致性的影响

2020-05-06 10:48

锂电池的生产工艺比较复杂,主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段),以及化成封装的包装检测阶段(后段)。

锂电前段生产工艺关系到极片制造关系电池的核心性能,对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等。

锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成,其第一道工序是搅拌,即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂,通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础,高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。

涂布和辊压工艺之后是分切,即对涂布进行分切工艺处理。如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现安全隐患。因此锂电生产过程中的前端设备,如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器,关乎整条生产线的质量。

在分切阶段,影响毛刺的大小、断面形貌特征及极片尺寸精度等质量的因素有很多,根据现有的理论,可以总结为:极片的物理力学性能、极片厚度、上下成对刀具的侧向压力、上下成对刀具的重叠量、刃口磨损状态、咬入角、圆盘刀精度等。

(1)材料物理力学性能的影响。一般说,材料的塑性好,剪切时裂纹会出现得较迟,材料被剪切的深度较大,所得断面光亮带所占的比例就大;而塑性差的材料,在同样的参数条件下,则容易发生断裂,断面的撕裂带所占的比例就会偏大,光亮带自然也较小。

(2)上下成对刀具侧向压力的影响。在极片的分切中,刀具侧向压力是影响分切质量的关键因素之一。剪切时,断裂面上下裂纹是否重合、剪切力的应力应变状态都与侧向压力的大小关系密切。侧向压力太小时,极片分切可能出现分切断面不齐整、掉料等缺陷,而压力太大,刀具更容易磨损,寿命更短。

(3)上下成对刀具的重叠量的影响。重叠量的设置主要与极片的厚度有关,合理的重叠量有利于刀具的咬合,其影响包括剪切质量的优劣、毛剌的大小和刀具刃口磨损快慢等问题。

(4)咬入角的影响。圆盘分切中,咬入角是指剪切段和被剪板材中心线的夹角。咬入角增加,剪切力所产生的水平分力也会增大。如果水平分力大于极片的进料张力,板材要么打滑,要么在圆刀前拱起来而无法剪切。而咬入角减小,刀片的直径就要增大,分条机的尺寸相应的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直径、板料厚度以及重叠量,必须参考实际工况而定。

在极片分切工艺中,刀具的侧向压力和重叠量是圆盘切刀部的主要调整参数,需要根据极片的性质和厚度详细调整。以往的设备制造和工艺中,调刀往往缺少精确数值参数,而是凭借经验根据极片批次进行相应的调节。随着设备技术的进步,调刀技术也不断进步,并且数值化。目前出现极片分切机刀具侧向压力气缸自动调节装置,极片分切时通过设定气缸压力来调节刀具侧向压力而控制分切质量。

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