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摘要：锂离子电池的极片在涂布、干燥完成后，活物质与集流体箔片的剥离强度很低，需要对其进行辊压，以增强活物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。同时，极片辊压可以压缩电芯体积，提高电芯能量密度，降低极片内部活物质、导电剂、粘结剂之间的孔隙率，降低电池的电阻从而提高电池性能。
关键词：锂离子电池;辊压机;极片;调试
引言
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。锂离子电池作为性能优越的二次电源，目前市场前景广阔，广泛应用于储能行业和电动汽车行业。尤其是近年来作为动力电池的市场前景越来越广阔。
电池极片轧制设备是从轧钢机械演变过来的，一般由机架部分、传动部分及电控部分组成。根据机械结构与辊压模式可将辊压机分为：手动螺旋加压式极片轧机、气液增压泵加压式极片轧机、液压伺服加压式极片轧机。辊压机具有结构强度高，调节精度高，辊压精度高，操作方便等，整机设计需要合理、简捷、美观，融可靠性、实用性与高效性于一体。
电池极片的轧制是轧辊与电池极片之间产生摩擦力，把电池极片拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形的过程。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、提高锂离子电池的利用率。极片的厚度一致性对动力锂离子电池组的容量、循环寿命和安全性等有重要的影響。
极片辊压改善电极中颗粒之间的接触，及电极涂层和集流体之间的接触面积，降低了不可逆容量损失、接触内阻和交流阻抗;另一方面，辊压导致的极片压实太高，也会导致孔隙率损失，孔隙的迂曲度增加，活性物质颗粒表面粘合剂被挤压，限制了电解液的扩散和锂离子的嵌入/脱嵌，电池的倍率性能下降，因此辊压工艺对锂离子电池的电性能起到关键影响。
一、极片辊压机原理介绍
为了提高电池极片表面材料的密度及厚度的一致性，正负极片在涂布工序之后须进行滚压，此工序称为电池极片的辊压。目前国内外锂离子电池厂家均使用二辊辊压机辊压极片，双辊压机是由两个铸钢压实辊以及电机和传动轴组成。完整的辊压过程是将涂布完成的极片，固定于放卷机构后，将极片正确穿过双辊间隙，并连接收卷系统。开启辊压模式后，电机带动上下辊同时转动，收卷机构拉动极片将稳步穿过辊压间隙，最终被压到所需压实密度。辊压机在非工作状态时需要涂一层薄油层，以防其生锈，在使用前用无水乙醇将油层擦干净，并清理收放卷机构、自动纠偏机构。因此，辊压机必须包含以下八大功能模块：
（一）轧辊压力调整及快速反应功能：滚压机两只轧辊之间的压力调整是提高电池极片活性物质压实密度的必要条件，由于涂布间歇、单双面交错等因素影响，两辊之间的压力调整必须快速反应。
（二）轧辊间隙调整及准确复位功能：滚压机两只轧辊之间的间隙调整是获得电池极片厚度的必要条件。由于极片涂布方式变化及极片接带的需要，两只轧辊之间的间隙快速调整后需要准确复位。
（三）极片滚压前后张力调整与与快速反应功能：电池极片滚压过程中调整前后张力可以控制电池极片的板型平整度。滚压过程中滚压线速度经常发生瞬间突变，张力控制快速反应是防止断带的重要手段。
（四）轧辊无级调速与线速度同步功能：电池极片滚压机在启停过程中或根据工艺需要必须对两只轧辊进行无级变速，同时确保两只轧辊的线速度一致。
（五）极片滚压温度调整功能：调整电池极片滚压温度可以直接影响滚压过程中的电池极片的变形抗力和塑性变形量。
（六）轧辊变形的矫正功能：电池极片滚压过程或温度调整过程中，两只轧辊必然存在轴向挠曲变形和径向鼓胀变形，矫正轧辊变形直接影响电池极片的厚度均匀性和压实密度均匀性。
（七）极片滚压过程的智能控制功能：随着极片滚压速度以及自动化程度的不断提升，自动上下料、自动接带、自动加压、自动调隙、在线监测等都要求闭环控制甚至智能控制。
（八）轧辊清洁及维护保养功能：电池极片滚压过程中两只轧辊表面粘粉是常有的事，保持辊面清洁既可以减少轧辊磨损，还可以提高电池极片表面质量。滚压机便于维护保养也是非常必要的功能。
二、辊压目的
极片的压实密度对电池的电化学性能有重要影响。在一定范围内，随着压实密度增加，活性物质粒子间距减小，接触面积增大，利于离子导电的通路和桥梁增多，在宏观方面表现为电池内部电阻降低。但若极片的压实密度太大，活性物质粒子之间接触程度太紧密，电子导电率增加。但锂离子通道减少或者堵塞，不利于容量的发挥，进行放电时，极化增加，电压降低，容量下降。压实密度太小时，粒子间距大，锂离子移动通道通畅，电解液吸液能力较强，利于电池内部的锂离子移动，但由于粒子间接触程度不够紧密，不利于电子进行导电，在进行放电时，易导致极化增加。
辊压的必要性：极片在涂布、干燥完成后，活物质与集流体箔片的剥离强度很低，此时需要对其进行辊压，增强活物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。
轧制的目的有以下几点：
（一）保证极片表面光滑和平整，防止涂层表面的毛刺刺穿隔膜引发短路;
（二）对极片涂层材料进行压实，降低极片的体积，以提高电池的能量密度;
（三）使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密，提高电子导电率;
（四）增强涂层材料与集流体的结合强度，减少电池极片在循环过程中掉粉情况的发生，提高电池的循环寿命和安全性能。
三、辊压工艺对电芯的影响
（一）辊压对极片加工状态的影响
辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。但是，在实际生产中操作熟练度、设备运行情况等都会引起部分问题的产生。最直接的影响是影响极片分切，分切极片宽度不一致，极片出现毛刺;辊压结果影响极片的卷绕，严重的翘曲会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙，在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加，成为应力集中点，影响电芯性能。
（二）辊压对锂电池的影响
对电池比能量、比功率的影响：根据法拉第定律电池电极通过的电量与活性物质的质量成正比。极片滚压直接影响了极片活性物质的压实密度，直接影响电池比能量。
对电池能量密度、功率密度的影响：同样是极片活性物质的压实密度直接影响了电池的能量密度和功率密度。
对电池循环寿命的影响：极片滚压直接影响了活性物质在电池集流体上的附着力，也就直接影响了活性物质在电池充放电过程中的分离与脱落。进而影响着电池的循环寿命。
对电池内阻的影响：极片上活性物质的压实密度和脱落程度极大地影响着电池的欧姆内阻和电化学内阻，也就直接影响了电池的各种性能。
对电池安全的影响：极片上活性物质的压实密度均匀性，电池极片滚压造成的表面粗糙度等都会直接影响电池负极析锂、正极析铜、尖角放电。最终酿成安全事故。
四、总结
锂离子电池制作过程中有很多的影响因素，解决了每道工序中可能出现的工艺问题后，将直接减少对生产资料的浪费，完善后续的装配、注液、包装等工序的品质和效率，提高最终产品的品质和一致性，降低生产成本，继而使锂离子电池产品具有更强的市场竞争力。
参考文献：
[1]程建军. 国内锂离子动力电池关键工艺装备[J]. 科技传播， 2012， 2012（13期）： 82-83.
[2]刘斌斌，杜晓钟，王荣军，闫时建. 动力锂离子电池极片的辊压工艺研究[J].机械科学与技术，2018（4期）：592-598.
关键词：锂离子电池;辊压机;极片;调试
引言
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。锂离子电池作为性能优越的二次电源，目前市场前景广阔，广泛应用于储能行业和电动汽车行业。尤其是近年来作为动力电池的市场前景越来越广阔。
电池极片轧制设备是从轧钢机械演变过来的，一般由机架部分、传动部分及电控部分组成。根据机械结构与辊压模式可将辊压机分为：手动螺旋加压式极片轧机、气液增压泵加压式极片轧机、液压伺服加压式极片轧机。辊压机具有结构强度高，调节精度高，辊压精度高，操作方便等，整机设计需要合理、简捷、美观，融可靠性、实用性与高效性于一体。
电池极片的轧制是轧辊与电池极片之间产生摩擦力，把电池极片拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形的过程。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、提高锂离子电池的利用率。极片的厚度一致性对动力锂离子电池组的容量、循环寿命和安全性等有重要的影響。
极片辊压改善电极中颗粒之间的接触，及电极涂层和集流体之间的接触面积，降低了不可逆容量损失、接触内阻和交流阻抗;另一方面，辊压导致的极片压实太高，也会导致孔隙率损失，孔隙的迂曲度增加，活性物质颗粒表面粘合剂被挤压，限制了电解液的扩散和锂离子的嵌入/脱嵌，电池的倍率性能下降，因此辊压工艺对锂离子电池的电性能起到关键影响。
一、极片辊压机原理介绍
为了提高电池极片表面材料的密度及厚度的一致性，正负极片在涂布工序之后须进行滚压，此工序称为电池极片的辊压。目前国内外锂离子电池厂家均使用二辊辊压机辊压极片，双辊压机是由两个铸钢压实辊以及电机和传动轴组成。完整的辊压过程是将涂布完成的极片，固定于放卷机构后，将极片正确穿过双辊间隙，并连接收卷系统。开启辊压模式后，电机带动上下辊同时转动，收卷机构拉动极片将稳步穿过辊压间隙，最终被压到所需压实密度。辊压机在非工作状态时需要涂一层薄油层，以防其生锈，在使用前用无水乙醇将油层擦干净，并清理收放卷机构、自动纠偏机构。因此，辊压机必须包含以下八大功能模块：
（一）轧辊压力调整及快速反应功能：滚压机两只轧辊之间的压力调整是提高电池极片活性物质压实密度的必要条件，由于涂布间歇、单双面交错等因素影响，两辊之间的压力调整必须快速反应。
（二）轧辊间隙调整及准确复位功能：滚压机两只轧辊之间的间隙调整是获得电池极片厚度的必要条件。由于极片涂布方式变化及极片接带的需要，两只轧辊之间的间隙快速调整后需要准确复位。
（三）极片滚压前后张力调整与与快速反应功能：电池极片滚压过程中调整前后张力可以控制电池极片的板型平整度。滚压过程中滚压线速度经常发生瞬间突变，张力控制快速反应是防止断带的重要手段。
（四）轧辊无级调速与线速度同步功能：电池极片滚压机在启停过程中或根据工艺需要必须对两只轧辊进行无级变速，同时确保两只轧辊的线速度一致。
（五）极片滚压温度调整功能：调整电池极片滚压温度可以直接影响滚压过程中的电池极片的变形抗力和塑性变形量。
（六）轧辊变形的矫正功能：电池极片滚压过程或温度调整过程中，两只轧辊必然存在轴向挠曲变形和径向鼓胀变形，矫正轧辊变形直接影响电池极片的厚度均匀性和压实密度均匀性。
（七）极片滚压过程的智能控制功能：随着极片滚压速度以及自动化程度的不断提升，自动上下料、自动接带、自动加压、自动调隙、在线监测等都要求闭环控制甚至智能控制。
（八）轧辊清洁及维护保养功能：电池极片滚压过程中两只轧辊表面粘粉是常有的事，保持辊面清洁既可以减少轧辊磨损，还可以提高电池极片表面质量。滚压机便于维护保养也是非常必要的功能。
二、辊压目的
极片的压实密度对电池的电化学性能有重要影响。在一定范围内，随着压实密度增加，活性物质粒子间距减小，接触面积增大，利于离子导电的通路和桥梁增多，在宏观方面表现为电池内部电阻降低。但若极片的压实密度太大，活性物质粒子之间接触程度太紧密，电子导电率增加。但锂离子通道减少或者堵塞，不利于容量的发挥，进行放电时，极化增加，电压降低，容量下降。压实密度太小时，粒子间距大，锂离子移动通道通畅，电解液吸液能力较强，利于电池内部的锂离子移动，但由于粒子间接触程度不够紧密，不利于电子进行导电，在进行放电时，易导致极化增加。
辊压的必要性：极片在涂布、干燥完成后，活物质与集流体箔片的剥离强度很低，此时需要对其进行辊压，增强活物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。
轧制的目的有以下几点：
（一）保证极片表面光滑和平整，防止涂层表面的毛刺刺穿隔膜引发短路;
（二）对极片涂层材料进行压实，降低极片的体积，以提高电池的能量密度;
（三）使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密，提高电子导电率;
（四）增强涂层材料与集流体的结合强度，减少电池极片在循环过程中掉粉情况的发生，提高电池的循环寿命和安全性能。
三、辊压工艺对电芯的影响
（一）辊压对极片加工状态的影响
辊压后极片的理想状态是极片表面平整、在光下光泽度一致、留白部分无明显波浪、极片无大程度翘曲。但是，在实际生产中操作熟练度、设备运行情况等都会引起部分问题的产生。最直接的影响是影响极片分切，分切极片宽度不一致，极片出现毛刺;辊压结果影响极片的卷绕，严重的翘曲会造成极片卷绕过程中极片、隔膜间产生较大的空隙，在热压后会形成某些部分多层隔膜叠加，成为应力集中点，影响电芯性能。
（二）辊压对锂电池的影响
对电池比能量、比功率的影响：根据法拉第定律电池电极通过的电量与活性物质的质量成正比。极片滚压直接影响了极片活性物质的压实密度，直接影响电池比能量。
对电池能量密度、功率密度的影响：同样是极片活性物质的压实密度直接影响了电池的能量密度和功率密度。
对电池循环寿命的影响：极片滚压直接影响了活性物质在电池集流体上的附着力，也就直接影响了活性物质在电池充放电过程中的分离与脱落。进而影响着电池的循环寿命。
对电池内阻的影响：极片上活性物质的压实密度和脱落程度极大地影响着电池的欧姆内阻和电化学内阻，也就直接影响了电池的各种性能。
对电池安全的影响：极片上活性物质的压实密度均匀性，电池极片滚压造成的表面粗糙度等都会直接影响电池负极析锂、正极析铜、尖角放电。最终酿成安全事故。
四、总结
锂离子电池制作过程中有很多的影响因素，解决了每道工序中可能出现的工艺问题后，将直接减少对生产资料的浪费，完善后续的装配、注液、包装等工序的品质和效率，提高最终产品的品质和一致性，降低生产成本，继而使锂离子电池产品具有更强的市场竞争力。
参考文献：
[1]程建军. 国内锂离子动力电池关键工艺装备[J]. 科技传播， 2012， 2012（13期）： 82-83.
[2]刘斌斌，杜晓钟，王荣军，闫时建. 动力锂离子电池极片的辊压工艺研究[J].机械科学与技术，2018（4期）：592-598.