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锂离子电池是一种高容量命环保电池,具有诸多优点,是目前性能优的二次电池产品,广泛应用于储能、电动汽车、便携式电子产品等领域。
但是,锂离子电池在能量密度、功率密度、寿命、环境适应性、安全和成本方面均有较大的改进空间。电池极片充当着电池充放电的载体作用,是整个锂电池的核心,直接决定电池的电化学性能甚至安全性。
因此,极片制作工艺是制造过程中的基础工艺,所以对于此环节所用设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等要求非常高[1-2]。
电池极片是一种颗粒涂层组成的多孔复合材料,涂层均匀的涂敷在金属集流体上,极片主要由四部分组成[3]:(1)活性物质颗粒;(2)导电剂和黏结剂混合组成相(碳胶相);(3)孔隙,填满电解液;(4)金属集流体。
锂离子电池工作时电解液渗入多孔电极的孔隙中,在液-固两相界面上进行电极反应,电极结构主要包括组分、孔隙结构、各组分的分散状态及电极厚度及其均一度、比表面积等参数。
极片制造工艺一般流程为:活性物质,粘结剂和导电剂等混合制备成浆料,然后涂敷在铜或铝集流体两面,经干燥后去除溶剂形成干燥极片,极片颗粒涂层经过压实致密化,再裁切或分条。
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挤压式涂布作为一种精密的湿式涂布技术,工作时浆料在一定压力、一定流量下经过过滤装置、传送装置后沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上。
相比其它涂布方式具有很多优点,如涂布速度快、精度高、湿厚均匀、涂布系统封闭,在涂布过程中能防止污染物进入,浆料利用率高、能够保持浆料性质稳定,可同时进行多层涂布等等优点。
并能适应不同浆料粘度和固含量范围,与转移式涂布工艺相比具有更强的适应性。
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电池极片褶皱、断带、试机料浪费、极片波浪边、极片削薄区、极片单面压实密度的控制、快充电芯极片的压密控制、极片双面过压、单面欠压、脱碳掉粉等,越来越成为困扰电芯厂工艺设备人员的问题。
对于电池极片出现卷边,很大程度上是由于电池极片延伸率过大导致,可以通过加大辊身直径、减小电池极片压缩量、调整电池极片前后张力等方法解决。
导致电池极片滚压厚度不均匀的原因有很多,如电池极片涂布厚度不均匀、轧辊同轴度误差、轧辊圆柱度误差、轧辊接触母线不平行、轧辊轴向挠曲变形、辊压设备的刚性稳定性差等。
电池极片涂布过程中,如果极片表面密度不同,则在辊压过程中会出现一片过辊压而另外一片辊压不足。
在极片走带过程中,张力控制相同的情况下,辊压不足的地方则会出现部分活物质脱落甚至断箔的现象。控制收卷张力,防治大颗粒杂质落到极片表面可以有效减少极片断裂。
电池极片滚压厚度反弹主要是因为极片滚压后残余弹性变形量大、环境湿度大所致。可以通过热滚压、慢速辊压、高速滚压、减低环境相对湿度等措施解决。
电池极片板型不平整主要是因为极片滚压变形量不均匀、前后张力小且不均匀或极片涂布厚度误差所致
极片是电池前端工序的一个重要输出,极片的电子电阻(电导率)影响全电池的功率性、可靠性及安全性,同时它又与搅拌、涂布和辊压工序息息相关,因此,测量极片电阻的变化可以较好地评价极片制作过程中电子导电网络的性能,评估电极微观结构的均匀性以及监控极片制作工艺的稳定性,助力改进极片的配方以及搅拌、涂布和辊压工艺的控制参数。
极片电阻受导电剂分散、涂布重量、冷压参数等多种因素影响,其中导电剂对电阻的影响非常显著3。正极导电剂的分散情况与浆料配方、搅拌条件、涂布/烘干条件等众多复杂工艺控制参数有关,导电剂分散不均将恶化电池动力学性能,但不均匀性很难通过极片外观、粘接力等常规监控手段发现,往往容易被忽略,造成不可挽回的损失。
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深圳裕隆钴酸锂废电池回收公司
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