鉅大LARGE | 點擊量：935次 | 2021年04月23日
鋰離子電池極片輥壓溫度如何影響動力鋰電池性能？
極片制造工序重要是涂布和軋制工藝，其中，軋制工藝很關鍵。極片軋制工藝重要解決以下幾點關鍵問題：
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構的破壞率；
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性能有很重要的關系，合理的壓實密度可有效新增電池的電化學性能，降低電極的接觸電阻和交流阻抗，新增參與電化學反應的活性材料面積，從而顯著提高極片涂層材料的電化學性能。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)生縱向延伸和橫向寬展的過程，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構，軋制過程中正負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構被填充，涂層顆粒逐漸密實的過程。
極片輥壓的目的有以下幾點：
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、導電劑顆粒接觸更加緊密，提高電子導電率；
4）增強涂層材料與集流體的結合強度，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解析（點擊閱讀）文章分享了輥壓基礎知識，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，目前國外已經廣泛采用熱軋的方式進行極片軋制，而國內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：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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）增強涂層材料與集流體的結合力，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，考察了正極片的軋制溫度對電池極片和電池電化學性能的影響。
圖1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20C新增為90C再新增為160C，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。
圖2為不同軋制溫度下的極片涂層材料表面SEM圖，如圖中所示，軋制溫度為20C時，極片涂層表面部分區(qū)域顆粒結合較為緊密，部分區(qū)域還不夠緊密，且存在少量微孔；軋制溫度為90C時，極片涂層表面顆粒緊密結合程度新增，緊密結合區(qū)域新增，微孔數(shù)量在減少；軋制溫度為160C時，極片涂層表面顆粒緊密結合程度進一步新增，緊密結合區(qū)域進一步增大，微孔數(shù)量進一步減少。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。
圖3是各樣品電池的庫倫效率，9#、8#、3#分別為20C、90C、160C條件下輥壓極片制作的電池。由圖3可見，當軋制溫度從20C提高到90C再提高到160C時，樣品的庫侖效率也有所提高。庫侖效率是在同一充放電循環(huán)中放電比容量與充電比容量的比率，極片的厚度一致性提高時電阻就會降低，庫侖效率也會相應提高。
圖4各樣品電池的循環(huán)伏安性能
圖4為各樣品的循環(huán)伏安性能曲線，9#、8#、3#分別為20C、90C、160C條件下輥壓極片制作的電池。由圖可見實驗樣品中當軋制溫度為160C時，向上的氧化峰與向下的還原峰對稱性較好，峰位差也最小，充電和放電的可逆性也最好，證明庫侖效率必然也高。
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