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溫度對鋰離子電池極片工藝的影響

來源:鋰離子電池?作者:鋰離子電池??發(fā)布時間:2020-03-09 11:39:45??閱讀數(shù):1238

  鋰離子電池性能受到眾多因素的影響,這其中不僅僅包括電池設計、原材料、工藝水平、設備精度等方面,還包括生產(chǎn)環(huán)境因素,比如溫度、粉塵和水分。

  即使少量的雜質(zhì)也會對鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性造成不利影響;水分的控制非常關鍵,微量水分就會與電解液發(fā)生反應,產(chǎn)生不利影響,商業(yè)化鋰離子電池在環(huán)境水分嚴格控制的大型干燥間內(nèi)生產(chǎn),所有部件在電池組裝前都要進行干燥。而溫度對電池的影響也是多方面,多工藝過程的。因此,我們必須高度重視生產(chǎn)過程,并嚴格控制質(zhì)量。鋰電池的生產(chǎn)包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、預充、化成、老化等。

  本文針對溫度在極片生產(chǎn)工藝中的影響進行整理,分享給大家。

溫度的定義

  溫度是表示物體冷熱程度的物理量,微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。從分子運動論觀點看,溫度是物體分子運動平均動能的標志。溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn),含有統(tǒng)計意義。分子運動愈快,物體愈熱,即溫度愈高;分子運動愈慢,物體愈冷,即溫度愈低。

熱力學第零定律

  如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同),則它們彼此也必定處于熱平衡。這一結論稱做“熱力學第零定律”。這個定律反映出:處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀特征,這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù),這個狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度,而溫度相等是熱平衡之必要的條件。熱力學第零定律用來作為進行體系測量的基本依據(jù),其重要性在于它說明了溫度的定義和溫度的測量方法。

熱傳遞的三種方式

  熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體,或者從物體的高溫部分傳到低溫部分,這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。發(fā)生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差,與物體的狀態(tài),物體間是否接觸都無關。在熱傳遞過程中,物質(zhì)并未發(fā)生遷移,只是高溫物體放出熱量,溫度降低,內(nèi)能減少(確切地說是物體里的分子做無規(guī)則運動的平均動能減?。蜏匚矬w吸收熱量,溫度升高,內(nèi)能增加。因此,熱傳遞的實質(zhì)就是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體轉移的過程,這是能量轉移的一種方式。熱傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。

  熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分,叫做傳導。各種物質(zhì)都能夠傳導熱,但是不同物質(zhì)的傳熱特性不同。

  靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流,對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式,氣體的對流現(xiàn)象比液體更明顯。利用對流加熱或降溫時,必須同時滿足兩個條件:一是物質(zhì)可以流動,二是加熱方式必須能促使物質(zhì)流動。

  熱輻射是指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象,一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射,溫度愈高,輻射出的總能量就愈大,短波成分也愈多。由于電磁波的傳播無需任何介質(zhì),所以熱輻射是在真空中唯一的傳熱方式。

鋰離子電池工藝過程

  傳統(tǒng)的商業(yè)化鋰離子電池極片工藝過程為:活性物質(zhì),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(jīng)干燥后去除溶劑形成干燥極片,極片顆粒涂層經(jīng)過壓實致密化,再裁切或分條。然后正負極極片和隔膜組裝成電池的電芯,封裝后注入電解液,經(jīng)過充放電激活,最后形成產(chǎn)品。具體的電池工藝流程如圖1所示。

鋰離子電池工藝流程
圖1  工藝流程圖

提高溫度抑制漿料沉降

  在鋰離子電池漿料中,活性物質(zhì)、導電劑分散懸浮在溶解了有機物粘結劑的溶劑中,懸浮顆粒受到布朗力、浮力和本身重力作用。

  懸浮在流體中的微粒表現(xiàn)出無規(guī)則運動,這種微粒的運動稱之為布朗運動。液體分子不停地做無規(guī)則的運動,不斷地隨機撞擊懸浮微粒。因此,布朗運動是大量分子做無規(guī)則運動對懸浮的固體微粒各個方向撞擊作用的不均衡性造成的,所以布朗運動是大量液體分子集體行為的結果。懸浮顆粒受到布朗力FB作用,表達式如下式所示,其中kB是布朗常量,1.381×10 −23 J/K ;r是懸浮顆粒半徑,m;Tabs是絕對溫度,K。

溫度對鋰離子電池極片工藝的影響

  顆粒越小,顆粒的表面積越小,同一瞬間,撞擊顆粒的液體分子數(shù)越少,據(jù)統(tǒng)計規(guī)律,少量分子同時作用于小顆粒時,它們的合力是不可能平衡的。而且,同一瞬間撞擊的分子數(shù)越少,其合力越不平衡,又顆粒越小,其質(zhì)量越小,因而顆粒的加速度越大,運動狀態(tài)越容易改變,故顆粒越小,布朗運動越明顯。

  溫度越高,液體分子的運動越劇烈,分子撞擊顆粒時對顆粒的撞擊力越大,因而同一瞬間來自各個不同方向的液體分子對顆粒撞擊力越大,小顆粒的運動狀態(tài)改變越快,故溫度越高,布朗運動越明顯。

  另外,懸浮顆粒還受到重力和浮力的作用,這兩者的合力Fg表達式為:

溫度對鋰離子電池極片工藝的影響

  其中,ρp 和 ρm 分別是粒子和溶劑的密度,kg/m3;r是懸浮顆粒半徑,m;g 是重力加速度,9.81 m/s2。

  不規(guī)則的布朗運動阻止顆粒沉降,而重力作用使顆粒發(fā)生沉降。對于大多數(shù)溶劑中的膠體粒子,布朗力占主導地位。然而,對于鋰離子電池漿料,許多活性物質(zhì)顆粒尺寸比較大,而且活性物質(zhì)(尤其是正極)的密度通常比溶劑(例如NMP)大得多,除非在涂覆前連續(xù)攪拌,否則漿料容易發(fā)生沉降。

  根據(jù)以上兩個公式可知,減弱甚至避免沉降現(xiàn)象的方法主要包括:(i)選擇與活性材料密度相匹配的溶劑,使ρp = ρm ;(ii)減小活性粒子尺寸r;(iii)增加固體含量,從而使介質(zhì)密度增加;(iv)提高溫度。前兩種方法需要改變漿料成分,這會影響制造工藝和電化學性能,第三種方法會增加漿料的粘度,從而縮小涂層窗口。第四種方法提高溫度,提高了沉降阻力,可以有效抑制沉降。

溫度對漿料性質(zhì)的影響

鋰離子電池漿料攪拌工藝要達到以下目的:

  a、分散活物質(zhì)和導電劑顆粒團聚體;

  b、打開導電劑長鏈,進一步分散鏈狀導電劑;

  c、形成最合適的活物質(zhì)、導電劑和粘結劑彼此之間的排布方式;

  d、維持漿料最優(yōu)懸浮結構和成分穩(wěn)定性,防止沉降和團聚等成分偏析。

  導電劑的分布方式如圖2所示,鋰離子電池漿料分散懸浮液中可能的物質(zhì)分布存在三種情況:導電劑沒有充分分散,保持團聚,被粘結劑包裹會形成大顆粒;導電劑分散但與活性顆粒相互獨立;導電劑分散并均勻包覆在活性顆粒表面,這是最理想的情況。 

鋰離子電池漿料導電劑可能的分布結構
圖2  漿料導電劑可能的分布結構示意圖

  粘結劑與活性物質(zhì)的相互作用如圖3所示:(a)聚合物鏈與顆粒表面作用,然后聚合物之間的靜電作用阻止顆粒的團聚;(b)粘結劑相成三維網(wǎng)絡結構,空間位阻作用阻止顆粒的團聚;(c)粘結劑與活性物質(zhì)顆粒表面作用,將顆粒之間連接在一起,這是漿料形成凝膠結構,粘度比較高,且無法流動。

粘結劑的分散穩(wěn)定作用
圖3  粘結劑的分散穩(wěn)定作用

  隨著溫度的升高,漿料內(nèi)部液體分子的無規(guī)則熱運動、聚合物鏈的運動和懸浮顆粒的布朗運動都會增加。研究溫度對NMC532正極漿料流變特性的影響。不同溫度下,漿料應力與剪切速率的曲線如圖4所示。結果表明,在剪切速率約為1.0 s-1的范圍內(nèi),所有溫度下流體都表現(xiàn)出剪切應力平臺,從而驗證了在所有溫度范圍內(nèi)漿液都存在屈服應力(見圖4)。從25℃到60 ℃范圍內(nèi),屈服應力隨溫度的升高而增加,但在75℃時屈服應力下降到25℃的水平。

  從25℃到60 ℃范圍內(nèi),隨著溫度升高,吸附在顆粒表面的粘結劑形成了較多的顆粒-聚合物聯(lián)結和糾纏。這些連接使得漿料在屈服應力之前的低剪切速率下具有較大的流動阻力,如圖4所示。而在75 ℃時,屈服應力的降低可能是由于顆粒的高振動導致一些聚合物鏈接被撕裂。

正極漿料在不同溫度下應力-剪切速率曲線
圖4  正極漿料在不同溫度下應力-剪切速率曲線

  由于液體不能承受剪切力,因而不能保持其外形的穩(wěn)定。在外力的作用下,液體發(fā)生流動和變形等的性質(zhì),稱為流變性。實際流體可分為牛頓型流體與非牛頓型流體。所有的氣體和大多數(shù)的液體都屬于牛頓型流體,其剪應力(σ)與速度梯度成正比,比例系數(shù)(μ)即為黏度。對于大多數(shù)非牛頓型流體,剪應力(σ)與剪切速率(γ)的n次冪成正比,比例系數(shù)(K)為稠度系數(shù),指數(shù)(n)為流變指數(shù)。

溫度對鋰離子電池極片工藝的影響

  根據(jù)以上公式對圖4所示曲線做擬合,得到不同溫度下漿料的流變參數(shù),如表1所示。當n=1時流體為牛頓流體;所有的漿料流變指數(shù)n<1,符合剪切變稀行為。當 n 越接近0時,剪切變稀的程度越大。流動指數(shù)在40℃至60℃之間最低,,如前所述,在這個溫度范圍內(nèi),粘合劑與固體顆粒的鏈接隨著溫度升高增加了,隨著剪切速率增加,這種鏈接迅速減少,剪切變稀程度大。而75℃下,顆粒的高振動動能導致一些聚合物鏈接被撕裂,剪切速率所能破壞的鏈接數(shù)量有限,剪切變稀程度減弱。同理,由于聚合物與顆粒鏈接增加,在40℃至50℃之間稠度系數(shù)最大。

溫度對鋰離子電池極片工藝的影響

  不同溫度下粘度-剪切速率流變曲線如圖5所示。溫度對粘度的影響可以分為兩個區(qū)域:低剪切速率粘度(LSV)和高剪切速率粘度(HSV)。在低剪切速率粘度(LSV)區(qū)域,從25℃到60 ℃范圍內(nèi),黏度隨溫度的升高而增加,但在75℃時黏度下降到25℃的水平。在高剪切速率粘度(HSV)區(qū)域,75℃時漿料具備更低的黏度。這些現(xiàn)象如前描述的聚合物與顆粒之間的鏈接相關。


圖5 不同溫度下粘度-剪切速率流變曲線

  低剪切速率粘度(LSV)會影響涂層的邊緣效應,較高的LSV能夠消除鋸齒邊緣,使涂層具有更清晰的邊界。另一方面,由于大多數(shù)涂布操作都期望采用更高的速度,這相應于更高的剪切速率(即幾百s-1) ,因此,將溫度提高到75℃有利于降低黏度,利于涂布操作。另外,因為粘度的變化可以通過加熱來抵消,漿料中活性物質(zhì)的比例可以提高, 固體顆粒濃度增加使溶劑的用量減少,從而可以采用更短的時間、更少的熱能和更安全的涂布干燥條件。

  雖然漿料加熱能夠給涂布帶來好處,但必須確保所做的極片具有良好的循環(huán)性能。如圖6所示,在混料和涂布過程中加熱使?jié){料溫度適度升高,不會對電極性能產(chǎn)生大的負面影響。

不同溫度處理的漿料的電化學性能
圖6  不同溫度處理的漿料的電化學性能

溫度加劇漿料形成凝膠

  在高鎳正極漿料制備過程中,PVDF溶解于NMP中,材料表面的堿性基團會攻擊相鄰的C-F、C-H鍵,PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應,會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵,反應如下:

溫度加劇漿料形成凝膠

  當PVDF內(nèi)雙鍵増加時,其粘結力也會増加,這會導致漿料粘度増加,甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此,高鎳正極漿料在制備和涂布過程,環(huán)境濕度對其影響巨大,如果在工藝過程中吸水反應,特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化,導致極片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定,工藝一致性差等問題,形成凝膠漿料時,甚至涂布過程無法進行。而且,當PVDF內(nèi)雙鍵増加導致粘結力増加時,極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂,極片輥壓、分切等工藝收放卷過程中,極片斷裂造成工藝過程無法進行。

  而溫度會加速PVDF內(nèi)雙鍵反應,從而急劇漿料形成凝膠。這是溫度對漿料,特別是高鎳材料的負面影響。

溫度對涂布過程的影響

要形成均勻穩(wěn)定涂布,必須滿足以下條件:

  (1)漿料性質(zhì)穩(wěn)定,不發(fā)生沉降,粘度、固含量等不變化;

 ?。?)漿料上料供應穩(wěn)定,在模頭內(nèi)部或涂輥及轉移輥上形成均勻穩(wěn)定的流動狀態(tài);

 ?。?)涂布工藝在涂布窗口范圍內(nèi),在涂輥之間形成穩(wěn)定的流場;

 ?。?)走箔穩(wěn)定,不發(fā)生走帶滑動,嚴重抖動和褶皺:張力、糾偏控制。

  涂布過程主要受到三類因素的影響:(1)流體特性,如粘度μ、表面張力σ、密度ρ;(2)涂布模頭幾何參數(shù),如涂布間距G,模頭狹縫尺寸S;(3)涂布工藝參數(shù),如涂布速度U,漿料送料流量q等。

  溫度主要通過影響漿料性質(zhì),間接對涂布過程產(chǎn)生影響。所前面所述,低剪切速率粘度(LSV)會影響涂層的邊緣效應,較高的LSV能夠消除鋸齒邊緣,使涂層具有更清晰的邊界。另一方面,由于大多數(shù)涂布操作都期望采用更高的速度,這相應于更高的剪切速率(即幾百s-1) ,因此,將溫度提高到75℃有利于降低黏度,利于涂布操作。另外,因為粘度的變化可以通過加熱來抵消,漿料中活性物質(zhì)的比例可以提高, 固體顆粒濃度增加使溶劑的用量減少,從而可以采用更短的時間、更少的熱能和更安全的涂布干燥條件。

溫度對極片烘干的影響

  鋰離子電池極片的干燥過程和涂布過程各自獨立,又相互聯(lián)系;涂層的性質(zhì),影響到干燥工藝的設計和操作;涂布速度、涂層的厚度決定干燥長度;干燥過程中涂層有流平過程,影響涂層的均勻性。因此,涂布在設計過程中能否準確地運用最佳的涂布、干燥工藝,平衡兩者的關系,最終影響到涂布的綜合技術性能。

極片干燥方式包括:

  (1)遠紅外輻射干燥。用遠紅外發(fā)射元件將熱能輻射到干燥物體表面,使液體蒸發(fā)汽化進行干燥。特點:其干燥速度主要取決于輻射溫度,溫度高,干燥速度快。其優(yōu)點是設備比較簡單,因此都在比較低擋的涂布機中應用。其缺點是干燥效率低,干燥不均勻,容易產(chǎn)生干燥弊病。

  (2)雙面送風飄浮干燥。漂浮干燥是在干燥箔材雙面設置特殊設計的風嘴,送高速噴射的氣流,在空氣流動附壁效應的作用下,垂直作用到干燥箔材上,在氣流的作用下,干燥片材呈漂浮狀態(tài)進行干燥。

 ?。?)常規(guī)對流熱風干燥。對流干燥是比較傳統(tǒng)的干燥技術。加熱的干燥空氣送入烘道,干燥空氣中的熱能通過空氣的對流傳導到被干燥物體,使液體蒸發(fā)汽化進行干燥。其優(yōu)點是設備簡單,其缺點是干燥效率低,在現(xiàn)代干燥設備中逐漸被高效熱風沖擊干燥所取代。

 ?。?)循環(huán)熱風沖擊干燥。利用空氣噴射流體力學原理發(fā)展起來的高效干燥技術。干燥空氣通過特殊設計的風嘴,以高速噴射到被干燥物體表面,在干燥物體表面阻礙干燥靜止空氣層在沖擊作用下被破壞,從而加快了干燥過程,使干燥效率大大提高。 循環(huán)熱風沖擊干燥的特點是:干燥速度和溫度有關,而且和干燥風量有關??梢酝ㄟ^部分循環(huán)干燥空氣送風加大風量提高干燥速度,大大提高干燥空氣的熱量的利用,因此循環(huán)熱風沖擊干燥具有高效節(jié)能的特點。另外用增大送風量來提高干燥速度,可以避免采用高溫干燥可能產(chǎn)生的龜裂干燥弊病。

  (5)過熱水蒸氣干燥。過熱蒸氣是將液體加熱到使其全部蒸發(fā)的飽和蒸氣后,再繼續(xù)加熱而獲得的蒸氣。過熱蒸汽干燥是干燥介質(zhì)直接與濕涂層接觸,其熱量主要以對流方式傳入物料,干燥析出的溶劑被干燥介質(zhì)帶走的一種新興的干燥方式。在干燥過程中,過熱蒸汽作為干燥介經(jīng)過物料表面,熱量傳給濕涂層,涂層表面的自由溶劑受熱汽化,從而造成物料表面與內(nèi)部濕分濃度的差異。在這一差異下,內(nèi)部濕分就由液態(tài)或氣態(tài)的形式向表面擴散,氣化的水蒸汽由過熱蒸汽氣流帶走。其優(yōu)點是可以利用蒸汽的潛熱,熱效率高,可達到節(jié)約能源的效果,過熱蒸汽干燥要比熱風干燥的傳熱系數(shù)大。

 ?。?)微波干燥。微波干燥是利用頻率為915-2450MHZ的微波能量使物料發(fā)熱升溫,從而蒸發(fā)水分進行干燥的方法。微波干燥不同于傳統(tǒng)的干燥方式,其熱傳導的方向與水分擴散的方向相同。與傳統(tǒng)干燥方法相比,微波干燥具有干燥速率快、節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)效率高、清潔生產(chǎn)、干燥效果優(yōu)良、易于實現(xiàn)自動化操作及控制以及可以提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點。

  目前有的廠家生產(chǎn)的涂布機用的熱風干燥,也用風嘴送風,從形式上看和沖擊干燥類似,但是其風嘴的結構設計和風量及風速都起不到?jīng)_擊效果,干燥過程仍屬對流干燥,干燥效率不高。

  干燥是指用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化,并將產(chǎn)生的蒸氣排除,藉此來除去固體物料中濕分的操作。

干燥過程示意圖
圖7 干燥過程示意圖

  如圖7所示,水分在物料表面氣化,在表面附近存在一層氣膜,在氣膜內(nèi)水蒸氣分壓等于物料中水分的蒸氣壓,水分在氣相中的傳質(zhì)驅動力為此氣膜蒸氣壓與氣相主體中水蒸氣分壓之差。同時,熱空氣對物料加熱升溫,將熱量傳遞給濕物料,驅動力是熱空氣與物料的溫度梯度;對對流干燥,由于介質(zhì)的不斷流動,帶走氣化的水分,從而形成分壓差。極片干燥過程詳見:鋰電池極片濕涂層干燥基本過程。

  目前,蒸發(fā)階段是電極制造過程中的限速步驟,通常持續(xù)1-2分鐘,由于高蒸發(fā)速率下粘合劑和導電添加劑會遷移到極片表面,縮短干燥時間會限制,而且這種向上的擴散在高溫下發(fā)生得更快。

溫度對極片輥壓得影響

與冷軋相比,熱軋主要有以下優(yōu)點:

  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。

  劉斌斌等實驗采用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。

不同軋制溫度下的極片厚度
圖8 不同軋制溫度下的極片厚度

  圖8為涂敷厚度為 100 μm 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 20°C 增加為 90°C 再增加為 160°C,極片厚度偏差由±1.9μm 降低為±1.3 μm 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增加,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。 

各樣品電池的庫侖效率
圖9 各樣品電池的庫侖效率

  圖9是各樣品電池的庫倫效率,3#、8#、9#分別為160°C、90°C 、20°C條件下輥壓極片制作的電池。由圖3可見,當軋制溫度從 20°C 提高到 90°C 再提高到 160°C 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10 各樣品電池的循環(huán)伏安性能

  圖 10為各樣品的循環(huán)伏安性能曲線,3#、8#、9#分別為160°C、90°C 、20°C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 160°C 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。(劉斌斌. 動力鋰離子電池極片精密制造理論與實驗研究[D]. 太原科技大學, 2017.)

  近來,鋰離子電池要求極片預熱到140℃軋制,在軋制過程中,涂層中的粘結劑發(fā)生軟化,使極片壓實更加容易,同時確保極片不發(fā)生反彈現(xiàn)象。這樣輥面溫度就要求180℃,目前傳統(tǒng)的Cr2、Cr3、Cr5系列冷軋輥材料會發(fā)生軟化,開發(fā)高溫軋機,軋輥需要更換材料,確保高溫條件下軋輥滿足軋制要求。

鋁箔加熱退火減弱極片輥壓翹曲

  對于卷繞電池,有一種全極耳極片設計,從極耳角度提高了電池功率特性,在大倍率下電流密度分布均勻,具體的極片設計如圖11所示。正極極片在涂敷正極材料(30)時一側邊緣不涂布的側面(15)和負極極片涂覆負極材料(40)時留白的一側面(14)都作為極耳分別焊接在正負極導流體上,正負極極片之間通過隔膜(170)隔離開,這樣電流流經(jīng)的距離短,可以實現(xiàn)高功率密度,極片發(fā)熱量也小。

全極耳卷繞方形電池
圖11 全極耳卷繞方形電池

  這種極片采用連續(xù)涂布工藝,在極片兩側留出不涂布的留白區(qū)域。但是,這種極片在輥壓過程中特別容易出現(xiàn)涂層邊緣褶皺和翹曲現(xiàn)象,如圖12所示。由于輥壓時,極片涂布部分受壓力作用延展變形,而留白部分無變形,這種變形的不同步在留白處形成褶皺。而且極片中間部分延展長度增加,而留白邊緣長度不發(fā)生變化,最終導致極片產(chǎn)生翹曲,影響后續(xù)的分切、卷繞工作,收放卷時極片從留白部分斷裂。在輥壓前對留白部分加熱退火處理,鋁箔晶粒回復再結晶,由典型的軋制帶狀變成等軸狀,內(nèi)應力逐漸消除,鋁箔塑性升高,質(zhì)感變軟,同時電阻降低,從而在輥壓過程中,留白部分能夠與涂布區(qū)域一起協(xié)同變形,極片翹曲程度降低,留白處無褶皺。

鋁箔加熱退火示意圖及效果
圖12  鋁箔加熱退火示意圖及效果

  以上是溫度對鋰離子電池極片工藝影響的整理,希望對大家有所幫助,不對之處請大家批評指正,不全面的歡迎大家多補充。

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