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智能手机已经十分普及，不过，大部分人可能并不了解，手机重要部件——锂电池的制造与辊筒密切相关，尤其是极片。 从结构上讲，锂电池由锂离子电芯、电解液、保护电路及外壳部分组成。电芯则由正极、负极以及隔膜组成。正极的组成部分为正极材料（如磷酸铁锂、钴酸锂等）+导电剂+粘合剂+集流体（铝箔），负极的组成部分为石墨+导电剂+增稠剂+粘结剂+集流体（铜箔）。正极和负极统称为电池极片。为了提高极片表面材料密度，确保极片厚度的一致性，极片在涂布工序之后须进行滚压，此工序称为电池极片的轧制。 电池极片轧制的过程是电池极片由轧辊与电池极片间产生的摩擦力拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形的过程。电池极片的轧制不同于钢块的轧制，轧钢的过程是一个铁分子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池材料压实的过程，其目的在于增加正极或负极材料的压实密度。合适的压实密度可增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂电池的利用率。经过试验，合适的正极材料压实密度约在2.8~3.4g/cm之间，负极材料密度约为1.5g/cm。 压实密度过大或过小时，不利锂离子的嵌入或脱嵌。因此，电池极片实施滚压时，轧制力不宜过大也不宜过小，应符合电池极片材料的特征。 电池极片的轧制须满足下列几个条件： 1、降低极片在轧制过程中的延伸量和宽展量，并减少微孔架构的破坏； 2、保证极片轧制厚度一致性及极板平整度； 3、减少极片在轧制后表面材料的反弹率； 4、合适的轧制力。目前，轧制力的大小一般为经验值，由各厂家经试验得出，通常为数十吨到上百吨，最高的甚至超过300吨。 影响电池极片轧机轧制厚度的因素主要有以下几项： 1）轧制力 2）机座的刚度 3）轧辊因弯曲力和剪切力而引起的挠度 4）轧辊的形位公差精度 5）轧辊受压后的弹性形变 6）电池极片的原始厚度 7）极片材料的张力 8）轧制温度 9）轧制速度 从上述要求可以看出，极片的滚压对轧辊的要求非常高，轧辊的精度直接决定了极片的最终质量。 当前，电池极片的滚压工序基本为全自动连续轧制。轧辊的辊径从最初的φ200~300提高到了φ800左右；辊压精度从之前的±0.005mm、±0.003mm提高到了±0.001~0.002mm；辊压速度也从每分钟几米提高到每分钟几十米。 需说明的是：轧辊的辊径越大，其滚压过程越近乎平压。大辊径辊压机减小极片在滚压时的压入角，降低极片的纵向延伸量及横向宽展量，使极片的涂层材料的微观结构不受破坏，不影响注液后极片的吸液量，使正负极片之间离子能正常的嵌入及脱嵌。同时也避免极片以后分切时因极片内部应力的释放而产生矩蛇形及翻转现象。 目前，国内辊压机基本采用冷轧，不对辊筒加热。有厂家尝试采用导热油加热方式，但鲜有成功案例。也有厂家在滚压前先对极片进行预热，再进行冷轧，这种方式效果非常有限。日本的辊压机中不少是采用热轧的方式，这种设备对轧辊要求极高。 这种热轧辊基本参数如下： 轧辊尺寸：φ820×800 线压力：1500kN/m（max） 机械精度：0.002mm 辊面温度：130℃（max） 温度精度：±1℃ 更主要的是，在轧辊被加热到工作温度时，辊筒的机械精度还得保持与常温时相当。 由于对金属材料的轧制容易造成辊面的磨损，带来机械精度变差，因此，轧辊在使用一段时间后要送回原厂进行修复。修复一次不但费用惊人，而且周期很长。这就限制了热轧工艺的推广。好在国内已经开发成功这种热轧辊，并具备应用的条件。 |
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