简述涂布间隙涂料的意义布调节时应注意哪几个要素

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影响无溶剂复合涂布量的四要素,个个不容忽视!
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、涂布间隙对涂布量的影响
无溶剂复合机涂布间隙对涂布量的影响非常明显,而无溶剂复合机因生产厂家不同而涂布间隙的变化各异;大体可分为:计量辊、转移钢辊的材质受温度的影响因素;涂布辊本身的机械(轴承间隙)间隙因素;计量辊本身的机械(轴承间隙)间隙因素;计量辊受机械振动的稳定性的因素,总之,此类问题难以发现,是一种软性问题。
、温度对涂布量的影响
无溶剂复合机使用的胶水,受温度的影响很大,随无溶剂复合胶水温度的不同,胶水的流动性、胶水粘度均会发生了很大的变化;同时,胶水的温度变化会对计量辊、涂布辊发生热胀冷缩的现象,最终,影响涂布间隙。
、转移胶辊对涂布量的影响
转移胶辊本身的硬度、同轴度、光洁度直接影响涂布量;转移胶辊的耐腐蚀性均直接影响涂布量;转移胶辊的压力直接影响涂布量;而转移胶辊的压力直接受气源压力的影响。总之,此类问题对涂布量的影响极大。
、涂布机构的转速对涂布量的影响
无溶剂复合机的涂布量调整是通过调整涂布辊与转移钢辊的比值,因而涂布辊与转移钢辊的线速度的稳定性,对涂布量的影响极大。
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分析锂电池最关键的生产工艺要素
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作者:batthr&&&&
发布时间: 09:28:30&&&&
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  1.搅拌(Mixing)
  也可以称为混料、匀浆、制浆、配料等等。通过一定的加料顺序、搅拌工艺、真空控制、温度控制等条件,将正负极活物质、导电剂、粘结剂、溶剂等关键组分制备成具有一定粘度要求、粒径要求的非牛顿流体(non-Newtonian
liquids)的过程。需要控制的浆料性质是具有好的流动性,粘度、粒度符合涂布要求。
  2.涂布(Coating)
  有的公司称为涂覆。涂布是将搅拌完成的浆料均匀涂覆在集流体上,经过烘干制成极片的过程。涂布的方式有连续涂布、间歇涂布。锂离子电池浆料涂布的方式主要有刮刀直涂、刮刀辊涂、条缝式挤压涂,涂布产品的控制参数是面密度、粘结性、含水率等。
  3.辊压(Pressing)
  辊压是指将涂布完成的产品经过一定间隙下、一定压力下的两个钢辊,将极片压实到指定厚度的过程。辊压的影响因素有进料角度、间隙值、压力值、辊压速度、收放卷张力、极片温度等。辊压的目的是将疏松多孔的电极进一步压实,减少物质间接触电阻,提高一定电池体积内的电池容量,同时不能过压以保证电解液对极片的浸润效果。
  4、分切(Slitting)
  分切也叫分条,涂布完成的极片幅宽大,要将极片分切成多条。分切产品主要受切刀质量、切刀角度以及张力的影响。
  5.极耳成型(Tab Forming)
  通过控制设备的上、下刀模之间的啮合对极片进行剪切,使极片按照设计尺寸要求形成极耳的过程。
  6.电极缺陷(Electrode Defects)
  电极缺陷产生于极片生产中各阶段,涂布中易产生头厚、尾薄、厚边、露箔、面密度不稳、横纵条纹、干料、针眼缩孔、白斑、麻点、异物等,具体原因具体分析。辊压极片缺陷主要有收卷不齐、皱边、厚度反弹、掉料粘辊、颗粒、厚度不稳等。极片分切的缺陷有波浪边、毛刺、卷边、掉料等等。
  7.卷绕(Winding)
  卷绕是电芯的一种组成方式,适用于圆柱电池、方形电池以及软包电池。通过控制设备的速度、张力、尺寸、偏差等因素,将分条后尺寸相匹配的负极极片、正极极片及隔膜卷成裸电芯的过程。卷绕的要点是隔膜包正负极,同时负极极片要包裹正极极片。这就要求负极极片不能露箔,露箔后会造成极片局部析锂刺穿隔膜,引起短路。
  8.叠片(Lamination)
  叠片式电芯的另外一种组成方式,适用于方形及软包锂离子电池。通过控制设备将冲片后的负极极片、正极极片及隔膜堆叠成裸电芯的过程。同样还是要求隔膜包正负极,负极极片要包裹正极极片。
  9.热压(Hot Pressing)
  热压也叫整形,卷绕后的电芯处于鼓起状态,不利于入壳和电解液的浸润,需要将其热压以促进极片、隔膜间的接触,同时减小体积、防止正负极极片的错位。热压的影响因素有压力、温度、时间等,一般选择60~80℃热压。
  10.真空烘烤(Vacuum Baking)
  真空烘烤分为极片烘烤和电芯烘烤,都是为了控制电芯的水分。水分对于来说可以是致命的,水分与电解液接触后,形成的氢氟酸对电池有巨大的损坏,生成的气体也会造成电池鼓包等。烘烤效率受真空度、烘干温度、时间影响,通过调整烘烤工艺尽量在低能耗的情况下高效烘干。
  11.极耳焊接(Tab Welding)
  无论是卷绕还是叠片方式,都需要进行极耳与集流体的焊接。将正负极极耳焊接在集流体位置处,要保证焊接的强度,防止极耳脱落。极耳焊接方式一般选用超声焊接方式,其原理是在辅助加压的情况下,通过焊头、焊座将高频振动波传递到两个待焊接的物体,两个待焊接接触面相互摩擦,分子相互扩散而形成分子熔合焊接到一起。超声焊接强度受焊接压力、振幅、频率、时间、焊机稳定性、焊头质量、工装、材料硬度等影响。
  12.封装(Packaging)
  封装形式主要有金属壳封装和铝塑膜封装两种,金属壳包括钢壳、铝壳,适用于圆柱电池和方形电池,铝塑膜封装适用于软包电池。对于18650圆柱电池来说,封装步骤是将卷绕完后卷芯放入钢壳再进行点底焊、滚槽、注液后,再进行激光焊盖帽最后机械封口。对于方形电池来说,封装步骤是入壳后进行激光焊接封口,再注液孔注液完成后,完成最终的密封。
  软包电池封装的不同之处在于采用铝塑膜封装,铝塑膜由三层物质组成,PP层、铝层以及尼龙层。封装的关键是将PP层融化后相互粘结到一起,热封主要受到温度、热封时间、热封压力的影响,要保证无热封不良、不过封等。对于有极耳处的顶封要特别注意,既要保证铝塑膜PP层与极耳外表面的PP层粘结、密封良好,又要保证非极耳区铝塑膜PP层面对面的粘结、密封良好。此外,与金属外壳电池相比,铝塑膜软包电池在热封之后需要包覆一层保护膜,防止外界物质对铝塑膜的划伤。
  13.气密性检测(Leakage Test)
  通过负压检测方法或氦气检测方法,检测电池是否存在泄漏的过程。气密性检测是非常有必要的,密封不良的电池将会引入水分、杂质等造成电池中与电解液的副反应,引起电池报废。
  14.注液(Electrolyte Injection)
  电解液是锂离子在电池内部移动的通道,主要由溶质和溶剂组成。溶质是六氟磷酸锂,溶剂一般选用三种或多种溶剂配合使用,如EC/DMC/DEC等。注液过程就是将电解液注入电芯内部,控制的参数主要有电解液量、注入压力、时间等。
  15.化成(Formation)
  化成就是对注液封口后的电池进行第一次充放电。化成的目的主要有两个:一电池制作完成后,电极材料并不是处在最佳适用状态,或者物理性质不合适(例如颗粒太大,接触不紧密等),或者物相本身不对(例如一些合金机理的金属氧化物负极),需要进行首次充放电对其激活。二是锂电池首次充放电,电子通过外部路径到达石墨负极表面,与电解液溶剂、锂离子发生反应形成固态电解质膜(SEI),SEI对于锂电池的性能有重要的影响。化成工艺对电池性能影响极大,因为充放电流大小、时间等因素对于电池中高质量的SEI形成、产气量大小、电阻大小等关键参数有很大影响。
  16.老化(Aging)
  老化一般就是指电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置,可以有常温老化也可有高温老化,两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定,保证电池电化学性能的稳定性。
  老化完成之后,对电池进行最后分容,经过电阻、压降等检测合格后可以出厂。
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&&粤ICP备号-11&&&&版权所有:广州腾炜网络科技有限公司&&&&[本站之人才及招聘,未经授权不得转载,否则追究其法律责任]【利元亨·高工透视】动力电池极片辊压工艺四大关键控制要素详解
锂离子电池的极片制作主要分为浆料制作、集流体涂覆、极片辊压、极片分条和极片干燥等过程。在之前的文章中,笔者介绍了浆料搅拌和极片涂布的技术要点,今天跟大家分享下极片辊压过程中的部分经验。
一、工作过程
极片辊压一般由双辊压机完成,双辊压机是由两个铸钢压实辊以及电机和传动轴组成。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、辊以及其它与极片接触的可能沾有杂质的位置。
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。
二、辊压目的
辊压的最终目的是获得符合设计要求的极片。什么是符合设计要求?就是要求极片的相关参数:面密度多少、压实密度多少、粘接性怎样、颗粒完整度、翘曲大小等等满足电芯的设计要求。
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。
三、辊压过程中存在的问题及解决办法
1.极片断裂
在极片辊压的过程中,常常会走着走着极片突然断裂的现象,断裂不仅影响工作效率,还对后续的分切、卷绕等工序造成困扰。其原因有两点:
①在涂布过程中,若在极片表面留有小颗粒等质地不均现象,则在辊压时,小颗粒受到双辊压力,便向箔带方向挤压,颗粒体较软的可被碾成粉末继而脱落,颗粒体较硬的会挤压箔带,造成箔带破孔甚至箔带断裂。
②涂布过程中,如果极片表面面密度不同,则在辊压过程中会出现一片过辊压而另外一片辊压不足。在极片走带过程中,张力控制相同的情况下,辊压不足的地方则会出现部分活物质脱落甚至断箔的现象。控制收卷张力,防治大颗粒杂质落到极片表面可以有效减少极片断裂。
2.极片翘曲严重
极片经过辊压后,有时候极片会呈较大程度的内凹外凸的现象,此种现象出现不利于极片分切、卷绕。在涂布工艺中有一个重要的问题是“厚边”,厚边现象是辊压后极片翘曲的重要原因。
由于边缘厚度较中间部位大几微米或十几微米,辊压轧辊压力作用在极片上时,边缘厚度大的区域承受更大的轧制力,从而导致极片辊压压实横向密度不一致,造成了极片辊压后翘曲严重,对后续的分切工艺也会产生不利影响。
控制翘曲,关键还是要控制极片涂布质量,通过控制浆料表面张力、泵压、走带速度、辊压压力等参数可以有效减少极片翘曲的情况。当然,是在满足设计要求的条件下。
3.极片横向、纵向厚度不同
横向:在极片辊压过程中,常出现测量左右极片厚度不一致的情况。当极片左右厚度不一致时,需首先排除极片涂布过程中的影响,当测试未辊压的极片左右厚度一致时,则需要对辊压压力进行左右调节,以保证极片辊压后左右压实密度一致。在辊压过程中要定时对极片进行测试,以防辊压途中压力发生变动。
纵向:有时会出现极片经过辊压后,测试极片厚度符合要求,但是在分切时又出现厚度增加的现象。此为极片的反弹现象,极片反弹一是极片内部水分较多,而是辊压时速度太快。极片反弹问题可以通过使用热辊工艺和控制辊压速度解决。热辊的好处有:
①去除极片的里面的水分
②减少极片的在轧制后的材料反弹。
③由于极片在加热过程中材料处于熔融状态,热轧可以增加活性物质与流体之间的粘合力。
④减少极片的内应力,因为在分切活模切时,减少极片的内应力的释放影响的不良。
⑤降低电池极片的变形抗力,有利于提高活性物质的吸液量。
4.极片波浪边严重
极片涂布之后,除活物质外还有部分铜铝箔外露,在极片经过辊压之后,外露的铜铝箔边出现较密集的波浪纹路。此种现象的出现会影响电芯的卷绕、热压、极耳焊接等工艺,一定要杜绝。产生波浪边的原因是:铜箔和铝箔都是利用铜铝块经过挤压压片制成的,具有很好的金属加工性和延展性。
当极片在辊压的过程中,活物质之间相互挤压,并对铜箔、铝箔施加了一定的压力,则会产生一定的延展。在辊压时,没有活物质涂覆的部分没有发生延展,而有活物质的极片在辊压力作用下产生延展,延展不一在外观上形成箔带边缘的波浪形皱褶,平行的波浪痕迹与箔带运动方向垂直。
附着在皱褶箔带上的活性物质易发生裂缝、凸起或脱落。设计合理的涂布面密度和辊压压实密度可以减少极片波浪边的发生。另外,辊轮不平时也会导致波浪边。
此外还有一些操作失误,如测量极片厚度时刮料、问题点没有及时标记等人为失误,可以通过加强培训提高意识来解决。
四、辊压工艺对电芯的影响
1.辊压情况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。
2.辊压情况对电芯性能的影响
辊压过程会出现的几个典型问题是:
①极片厚度不一致。厚度不一致,意味着活物质密度不一致,锂离子和电子在极片中传输、传导速率则会有所不同。当电流密度不同时,极易引起枝晶锂的析出,对电芯性能不利。此外,极片厚度不同时,活性物质与集流体之间的接触电阻也是不同的,极片越厚内阻越大,电池极化也就越严重,影响电芯容量。
②极片部分位置出现过压。由于涂布时部分位置厚度过厚,辊压后则有可能出现过压的现象。过压的位置活物质颗粒出现破碎,活物质颗粒间接触紧密,在电芯充放电过程中,电子导电性增强,但离子移动通道减小或堵塞,不利于容量发挥,放电过程中极化增大,电压下降,容量减小。同时,过压后影响电解液的浸润效果,对电芯的性能也有很大的影响。
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。
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