锂电池极片轧制现状及效果改进方法的探讨

梁健

摘 要：随着科学技术的发展，锂电池的应用开始大规模普及， 由于尺寸的限制，要增加电池容量，最直接的解决办法就是增加正负极板与电解液接触的几何面积，要达到这个效果最直接的办法就是减少电池极板厚度，使绕制的电池极板数量增加，相应的增加极板与活性物质接触面积。该文主要论述了锂电池芯片轧制机的研制，并简要叙述了该设备中各组成部件的原理、性能。

关键词：锂电池 芯片 压制机

中图分类号：TM912.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0040-02

锂金属的化学特性非常活跃，且锂金属的加工工艺非常复杂，这些因为严重的制约了锂电池的发展。但是近年来，随着科学技术的发展，以上问题已经逐渐被解决了，所以锂电池的应用开始大规模普及开来。锂电池的内部结构为螺旋环绕制，采用一种渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料把电池的正、负极间间隔开来，其中正极由钴酸锂及铝箔组成；负极由石墨化碳材料和铜箔组成，这两部分均负责电流收集；在电池内加注有机电解质溶液负责提高电池放电容量和循环寿命。

由于尺寸的限制，所以加注在锂电池里面的活性物质都是定量的，要增加电池容量，最直接的解决办法就是增加正负极板与电解液接触的几何面积。要达到这个效果最直接的办法就是减少电池极板厚度的，使绕制的电池极板数量增加，相应的增加极板与活性物质接触面积。故锂电池制作工艺中对极片的轧制就显得非常重要了。

1 存在问题

现在市面上有很多不同类型的锂电池极片轧制机，有简易型机械调整式的，这类机型结构简单，成本低价钱便宜；还有高档型的数控液压调整式的，这类机型结构采用液压伺服控制，结构复杂，成本高价钱昂贵。对应产量不大的小型厂家，普遍采用简易型的机器。该文将针对市面上简易型的锂电池极片轧制的工作原理及存在问题进行探讨，并提出改进方法。

锂电池轧制机的轧制原理都是一样的，都是利用两个相互对滚的辊筒对锂电池极片的厚度进行轧制，通过调整两个相互对滚的辊筒的中心距就能轧制不同厚度的极片。根据设备对两个相互对滚的辊筒的中心距调整的方法是不一样的，可分为以下几种：

1.1 固定轧制式

固定轧制式，该设备通过电机带动两个相对固定的辊筒对锂电池极片的厚度进行轧制，两个辊筒之间的中心距不能调整，那么只能轧制固定厚度的极片。通过对同一块极片多次重复轧制就可以在一点范围内调整轧制极片的厚度。

这种设备的优点是：结构简单，两个辊筒之间与机架刚性联接，随着工作时间的增加，量辊筒之间的距离不会变化，能很好产品的保证轧制尺寸的稳定性。缺点是：该设备只能加工单一产品尺寸，适用范围窄，轧制压力不大。

1.2 机械直轧式

机械直轧式，该设备的基本工作原理与固定轧制式相同，区别在于该设备两个辊筒之间的中心距可以自由调整，下辊筒固定不动，上辊筒在机架内可以上下自由移动一定的距离。工作时如果需要调整轧制极片的厚度时，可以旋转设备顶部的两个手环通过两根螺杆产生向下的压力，把上辊筒往下压，从而达到调整压力的目的。

这种设备的优点是：该设备结构简单，设备的上下辊筒的中心距可以调整，可以轧制不同厚度要求的极片。缺点是：该设备上辊筒是通过螺杆螺纹相互转动产生下压力，对螺杆螺纹的刚性强度要求较高，由于要求轧制力比较大时上辊筒经常会有径向位移。而且一旦螺杆旋转把辊筒压紧，由于螺纹互锁，要再次把其松开将会非常困难。

1.3 连续轧制式

连续轧制式，该设备基本原理与机械直扎式一样，都是通过上下辊筒轧制极片，也可以通过调节设备顶部的手轮调节轧制压力。区别在于这种设备有多对并列的辊筒对送进的极片进行连续轧制，锂电池极片经过多对辊筒的轧制后就能被轧制到要求的厚度。

这种设备的优点是：该设备通过多对輥筒对锂电池极片进行多道轧制，可以把轧制的总压力平均分配到每一对辊筒上，可以减轻了辊筒的受力。同时，由于锂电池极片的厚度变形是一个逐级变薄的过程，相对只有一对辊筒轧制的设备，由于多辊筒轧制对极片的材料力学性能的影响可以降到最小。缺点是：该设备只能轧制长度比较长的卷装锂电池极片原材料，对应比较短的块状极片无法轧制。

2 改进方法

对应以上两种机型，其轧制效果在正常工作是均没有问题，主要问题出现在针对要求不同厚度极片轧制时，解决的办法要从上辊筒的调整方式入手。对此笔者对机械直扎式的上辊筒调整方法进行了改进，如图1。

该机型基本工作原理与简易型设备的一样。工作时先开动电机带动一对相互配合的上下齿轮，通过齿轮的传动带动上下辊筒相互对滚。上下辊筒均通过圆柱轴承与上下轴承安装座固定，其中下轴承座与机架固定；上轴承安装座与机架滑动配置，在垂直方向上可以自由滑动。通过调整手轮就可以控制上辊筒的下压力。把锂电池极片原料从入料板送到轧制机上下辊筒后，对滚的两个辊筒就会把极片进行轧制，然后从出料板出排出，不断的把锂电池极片原料放进去，就可以实现连续工作。当需要调整轧制极片的厚度时，必须保证两个辊筒见没有锂电池极片原料，然后开动电机，带动上下辊筒转动，接着调节两个手轮调整压力（图2）。

如图2所示：该设计的改进地方在于把机械直扎式设备的调节手轮由垂直安装改为水平安装，手轮通过螺纹与机架链接，末端与滑块链接，滑块的一面与机架水平滑动，另一面与上轴承座成楔形滑动。旋转手轮，通过螺纹配合就可以把滑块往前推进，从而把上轴承座往下压，增加轧制压力；当需要减少压力时，只需反向旋转手轮把楔块拉回就能减少轧制压力。

3 结语

采用新设计的设备在轧制效果，轧制速度上与传统设备一样。但是在辊筒的压力调整方面进行了新的设计，通过引入楔块与上轴承座配合的方法，把轧制力的调整方式进行了改进，克服了传统工艺中轧制力调整不方便的缺点，可以很方便的把轧制力调大或调小，大大的提高了生产的效率及效果。是一种值得推广的简易型锂电池极片轧制设备。

参考文献

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[2] 马嵩华，田凌.锂电池极片辊压机刚度分析与结构优化[J].中国机械工程，2015（6）：803-808.

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