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辊压过程中，电极缺陷通常分为三种：几何缺陷，结构缺陷和力学缺陷 几何缺陷的特征是电极形状的变化。形状偏差大多是周期性波动，在涂层区及非涂层区域均会出现这种问题，它们的发生可能有机械原因。这种缺陷很容易区分与识别。 电极波浪形：波长在厘米范围，振幅在毫米范围，这种缺陷覆盖了整个极片宽度，极片起皱主要是由于过大的线压力造成的，其原因为面密度不均。 曲面效应：电极沿被涂区域的延伸。常见于不对称涂布或分切后，在电极的涂层区域纵向弯曲。通过选择合适的电极结构，形成残留应力及使用薄的箔材，缺陷可消除。提高辊压轧辊温度有助于减少该问题。 涂布边缘起皱：压延方向上波长和振幅在毫米范围内的周期波，此缺陷位于涂覆和未涂覆箔界面的涂覆侧。压延时，铝箔与涂层在辊接部位拉伸。根据压延压力，应变可能会在基材的涂层和未涂层之间的界面处产生波纹。压延压力越大，波纹越明显。涂层边缘鼓边会加剧这个问题。一般情况下，压延过程中通过回火降低线材压力以减少线材负荷，可使几何缺陷最小化。 结构缺陷对电学和电化学参数有显著的影响，但由于其对后续工艺的影响，本文也列出了结构缺陷。 局部厚度和密度波动（局部厚度密度变化，局部厚度密度偏差，局部厚度密度变化）：同的表面载荷和厚度，辊压后可直接观测到该缺陷。这主要是由上游涂布工艺（有缺陷的涂层）或不均匀的浆液(在静置过程中浆料团聚或沉降)，在压延过程中电极的致密程度不同导致。辊子之间不平行，也会导致该问题。 封闭表面毛孔，封闭表面针孔是压延过程中高压缩率引起的缺陷。涂层表面附近的炭黑粘结剂基体被压实，较硬的活性物质颗粒被推向基体。因此，致密的基体堵塞了涂层表面活性材料颗粒之间的表面孔隙，在涂布干燥过程中，粘结剂会向表面迁移，这将导致缺陷进一步加剧。 涂层脱离：涂层与基材箔在涂层边缘和涂层整体上的分离。如果涂层与基体箔之间的附着力过低，涂层将脱离。一般来说，通过辊压压实后，可产生更好的接触和更大的接触面积，对提高附着力有显著的改善。然而，涂层-基材界面在辊缝处也存在剪切应力，这可能导致涂层与基材之间的结合减弱，特别是在涂层向基材的高应力过渡。由于活性材料颗粒被压入基体中，高线载荷可以增强接触。在涂布烘烤时，粘合剂会发生迁移，可能会导致涂层脱离，基材表面污染也会加剧这种效应。此外，在收卷和偏转过程中存在弯曲应力，对基材箔和涂层的界面存在压迫。通过降低侧向涂层高度，可避免涂层脱离。此外，适当压实率可以提高电极的粘附行为。如果附着力不够，则必须调整干燥过程。更平滑的电极干燥可以防止粘合剂更小的迁移。 裂纹：涂层中的裂纹，其中有一部分是肉眼看不到的。在电极层中形成的裂纹主要为冷压引起的缺陷。通过控制温度，可减少缺陷的发生，降低压实阻力。粘结剂(羧甲基纤维素[CMC]和丁苯橡胶[SBR])的弹性不如PVDF粘结剂，所以在水性涂料中，涂层的裂缝更容易出现。 箔纸撕裂：箔纸或整个电极的撕裂。铝箔撕裂是由于过高的压力造成的。在间歇涂层中，特别是在起始和终止边缘，由于厚度的突变，对撕裂会有很大影响。此外，压延脆化的材料也会有该问题。箔的厚度对箔的撕裂也有很大的影响。铝箔越薄，在未被涂层的边缘就越有可能膨胀，可能会出现撕裂。涂层缺陷，如斑点，也可导致膜裂纹。 碗状电极：通常可见到电极脆化现象，分别表现为在偏转辊处有较强的弯曲行为和较差的偏转行为。脆化的原因是涂层由于过高的压实压力而变脆的缺陷。脆性材料在接近弹性极限时撕裂，塑性伸长比例较低。此外，电极中的不均匀张力会导致脆化。通过在压延过程中对电极材料进行定向混合以减少线负荷或通过温度控制降低线负荷，可以避免电极的脆化。 Günther, Till, Schreiner D , Metkar A , et al. Classification of calendering induced electrode defects and their influence on subsequent processes of lithium‐ion battery production[J]. Energy Technology, 2019 资料分享： |
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