鋰電池極片制造工藝
鋰電池極片制造一般工藝流程
活性物質,粘結劑和導電劑等混合制備成漿料,然后涂敷在銅或鋁集流體兩面,經干燥后去除溶劑形成極片,極片顆粒涂層經過壓實致密化,再裁切或分條。輥壓是鋰電池極片常用的壓實工藝,相對于其他工藝過程,輥壓對極片孔洞結構的改變巨大,而且也會影響導電劑的分布狀態,從而影響電池的電化學性能。為了獲得優化的孔洞結構,充分認識和理解輥壓壓實工藝過程是十分重要的。
輥壓工藝基本過程
工業生產上,鋰電池極片一般采用對輥機連續輥壓壓實,在此過程中,兩面涂敷顆粒涂層的極片被送入兩輥的間隙中,在軋輥線載荷作用下涂層被壓實,從輥縫出來后,極片會發生彈性回彈導致厚度增加。因此,輥縫大小和軋制載荷是兩個重要的參數,一般地,輥縫要小于要求的極片最終厚度,或載荷作用能使涂層被壓實。另外,輥壓速度的大小直接決定載荷作用在極片上的保持時間,也會影響極片的回彈,最終影響極片的涂層密度和孔隙率
壓實密度對電化學性能的影響
在電池極片中,電子傳導主要通過,而鋰離子傳導主要通過多孔結構中的電解液相進行,電解液填充在多孔電極的孔隙中,鋰離子在孔隙內通過電解液傳導,鋰離子的傳導特性與孔隙率密切相關。孔隙率越大,相當于電解液相體積分數越高,鋰離子有效電導率越大。而電子通過活物質或碳膠相等固相傳導,固相的體積分數,迂曲度又直接決定電子有效電導率。孔隙率和固相的體積分數是相互矛盾的,孔隙率大必然導致固相體積分數降低,因此,鋰離子和電子的有效傳導特性也是相互矛盾的。
一方面,壓實極片改善電極中顆粒在之間的接觸,以及電極涂層和集流體之間的接觸面積,降低不可逆容量損失接觸內阻和交流阻抗。另一方面,壓實太高,孔隙率損失,孔隙的迂曲度增加,顆粒發生取向,或活物質顆粒表面粘合劑被擠壓,限制鋰鹽的擴散和離嵌入/脫嵌,鋰離子擴散阻力增加,電池倍率性能下降。