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一、讲课部分
各位晚上好!上次课主要介绍了电池的涂布工序,今天要介绍的是辊压工序,主要内容是介绍辊压工序的作用和相关影响。
首先,简单介绍下辊压的原理,也就是通过上下两个辊将极片的厚度压低的一个过程。商业化的辊压机主要有放卷装置、对辊机和收卷装置三个核心部件。
这是一个辊压过程的上料简图和顺序
我们可以看看这几张SEM图,左边是辊压前,颗粒与颗粒之间是非常松散的。右边是辊压之后的,明显看见表面被压平,颗粒之间更加紧密,接触点也明显增多,所以在颗粒表面和颗粒之间的导电炭(这里使用的是SP)就可以很好的发挥电子导电作用,将整个极片的电子网络导通
辊压的第三个作用就是提高粘接力了,如果没有经过压实的极片,特别是负极极片,用手是比较容易把膜片弄掉的,但是经过压实之后,会发现这个粘接有明显提升
这节课就讲到这里了,感谢大家收听!接下来是答疑环节,欢迎大家踊跃发言,交流讨论
二、答疑部分
在课程最后的提问互动环节上,大家更加积极了,提出了很多问题。而科博士也一一耐心地给予了回答,还不忘收集大家对课程的建议。
-黑龙江大学 小老弟:“压太狠会有什么影响吗?”
-科博士:“压实过大的话,会有但不包括以下影响:1、极片单面打卷严重;2、负极出现粘辊现象;3、极片变脆,柔韧性变差,影响卷绕;4、压实过大,还会影响极片对电解液的吸收,进而影响电池的性能等。”
-等待:“怎样才能更好控制滚压的厚度呢??”
-科博士:“多尝试。先调整辊缝,然后测压出来的厚度,换算为压实密度,然后不断调整,使其达到自己的要求。其实生产上的一线工人,他们对每种材料都有固定的压实厚度以及压力的,很方便。”
-三元前驱体~南瓜:“孔隙率是用压汞仪测得吗?”
-科博士:“孔隙率有专门的检测机器的,压泵仪是可以测的。”
-浪花雨:“离子电导和电子电导率用哪种方法可以方便测量?”
-科博士:“一般用EIS来测试离子电导。”
-头疼啊:“颗粒过压破碎可以用CP+SEM观测吗?如果在保持形貌的前提下,即将破碎的那个压实,会是它俩的权衡点??”
-科博士:“对的,用CP做界面观察是比较清楚的;不一定的,从实际的情况来看,三元这种二次颗粒在压实过程有一定的破坏都是正常的。”
-天使不在线:“怎么样判断辊压效果?”
-科博士:“一般来说从几个方面判断,一个是外观,是否辊压发亮,第二是厚度是否达到目标值,第三个是检查辊压后极片的柔韧性。”
-其实,我是个好人:“那点面接触不是更好吗,用石墨烯?”
-科博士:“石墨烯的位阻效应现在还没有很好的解决办法。此外,现在的石墨烯都是层数比较多的,导电性本身也不如CNT。”
-黯然浪子:“切边能不能深入讲解一下?”
-科博士:“切边,最主要是为了解决辊压过充中,涂膜区集流体延展,而非涂膜区极片不延展的问题。由于辊压压力非常大,涂膜区的集流体延展率能够大于1%;而非涂膜区由于没有被辊压到,因此没有延展;因此集流体就会在涂膜区与非涂膜区的交界处打皱。”
-一点点:“正极会延展,负极会吗?”
-科博士:“正负极都有延展,只是负极延展比较小。”
-南大-锂电:“从极片表面上看,怎么看极片是否过压还是压实不够?”
-科博士:“从极片表面简单看的话,如果过压,极片会很亮,且极片易发脆。”
-zn:“之前压过一次,活性物质从集流体脱落了,捆压过程有啥小技巧吗?”
-科博士:“辊不干净,极片没干燥好,极片粘接力太差都会脱落(当然集流体有问题也会脱落)。”
-黑黑:“辊缝大小有合适的检测方法吗?”
-科博士:“设备有辊缝的测试装置。”
-聚合物电解质:“正负极用相同的导电剂可以吗?”
-科博士:“可以。”
-黑黑:“负极辊压(过压)容易粘辊和褶皱吧?”
-科博士:“负极辊压容易出现粘辊的问题,主要原因还是在于:1)负极的极片粘接力要差,2)负极如果干燥不好,容易出现粘接剂上浮,所以一般如果负极压实比较大的话,建议进行二次辊压,不要一次压实过大。”
-牧狼人:“有没有图片什么样的压的是好的?压后稍微发亮是好的吗?”
-科博士:“不同的材料压实出来的图片都不完全一样,建议还是通过压实密度来控制是最为合理的。”
-聚合物电解质:“粘接剂上浮是什么状态?”
-科博士:“这个是涂膜的问题了,这个上浮是肉眼看不出来的,之前有去测试过,测元素组份(就是膜片底层和表层某系特殊元素组成),比如正极,就测F含量。这个不容易观察出来,但是表面相对会粘,所以容易出现粘辊。”
-一点点:“那负极测试呢?”
-科博士:“负极考虑用同位素来追踪。”
-@南大–锂电:“但是实验室辊压过后,极片会躬起来,这是什么原因了,有什么方法可以解决了?”
-科博士:“单面极片冷压过后容易卷起是非常正常的,因为应力集中在一面,如果是双面就会好很多,所以实验室可以适当降低压实密度。”
-一点点:“粘接力怎么测?”
-科博士:“有专门的拉力测试设备测试。”
-天使不在线:“拉力测试采用哪种方法来测?采用剥离力那种方法吗?”
-科博士:“是采用测试剥离力的方法。”
-黑黑:“拉力测试选取多宽的极片,粘贴面积多大较合理?正负极拉力多大属于合格?”
-科博士:“一般都是采用的双面胶的宽度,以30mm的居多。正负极的拉力主要还是根据内部的测试结果,以满足生产要求,定自己的内标比较合理。因为这个测试结果有些人为影响,所以相对比较会更合理。”
-天使不在线:“那开始测试的时候怎么分离这两层?”
-科博士:“先就用拉力机拉开一段距离就可以了,主要还是选择好胶带。”
-黯然浪子:“从电池设计的角度看,保液量越多越好吗?”
-科博士:“保液量多了,会有副作用的:
1)电池容易变得很软;
2)外观比较难看;
3)生产成本也会增加。
对于锂硫电池体系来说,电解液过多还会加入多硫化物的溶解扩散导致电池性能变差。”
-黯然浪子:“所以有最优区间是吗?”
-科博士:“是的。电池的保液量肯定是有一个区间的,这个值不同体系不同工艺是有差别的。”
-其实,我是个好人:“实验室涂膜100um,还需要辊压吗?”
-科博士:“我们建议都要做下极片辊压。其实这个就是本节课程的本质了:辊压是有这些目的的,如果你不在乎这些目的,是可以不压的。”
-黑黑:“辊压后测量极片电导率是用什么设备测的?”
-科博士:“通过测试膜片电阻,要将浆料涂在不导电的PET膜上,然后用四探针测试。”
-南大-锂电:“怎么检查极片的保液量了?”
-科博士:“保液量就是可以通过测试极片的孔隙率来控制,其实最后也就是控制极片的压实密度。”
-聚合物电解质:“孔隙率是怎么测的?”
-科博士:“孔隙率一般常用两种方法:1)理论计算法,2)压汞仪直接测试,但是因为汞有毒,所以现在测试的也少。你有条件可以去实测,只是用理论计算也比较容易,因为材料的密度是已知的。”
-小辉-华师-锂电:“材料密度会不会因为颗粒尺寸不一样而不同,最后导致理论计算也有误差呀?”
-科博士:“没错,会有误差。因为材料的真密度是密实的材料,但是有很多材料有内部的孔隙,或者是二次颗粒,这样都会有误差。一般这种方法比较适合相对比较。”
-南大–锂电:“理论计算怎么算了?”
-科博士:“你可以计算出现有极片的体积,然后知道了涂布极片的重量,里面的活性材料的重量和密度都已知,也就是材料(包括导电炭和粘接剂)占的体积也可以计算出来,那最后剩的就是孔隙了。”
-黯然浪子:“一般来说,间隙调节的比较少,主要都会通过压力进行厚度的控制.这个能深入点吗?辊缝和压力对辊压的作用差别在哪?”
-科博士:“辊压的发展趋势 应该是‘大压力大间隙’。这种状况下,保证极片的最小厚度是由压力大小控制的,出现极片过压的可能性会小很多(施加的压力再大也是有一定值的)。而‘小压力 小间隙’,就有可能出现过压的状况:如果膜片涂布厚度偏后,膜片的最好厚度就是有间隙大小控制的,间隙是固定的,会导致膜片的厚度不会超这个固定值,就有可能出现过压的状况。但是‘大间隙大压力’的设备应该会贵一些的。”
-碳酸饮料:“想请问下,做锂硫的话是不是不需要压实?”
-科博士:“也是需要辊压一下的,只是锂硫的辊压压力小很多,它的压实密度要低很多。”
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