【摘要】 深度解析锂离子电池电极压延工艺中的力学特性与变形机制，涵盖压延机参数优化、孔隙率控制方法及微观结构演变规律，提供电极制造良率提升解决方案，适用于新能源汽车电池生产线技术改进。

一、锂离子电池极片压延工艺解析

1.1 行业背景与技术痛点
  • 锂离子电池作为新能源汽车、消费电子、航空航天等领域的核心部件，其电极制造质量直接影响电池性能
  • 电极压延工艺是提升能量密度和循环寿命的关键环节，但当前存在工艺参数不明确、微观变形机理不清等技术难题
 
1.2 压延工艺核心作用
  • 通过精确辊压调控电极涂层孔隙率
  • 增强活性材料与集流体结合强度
  • 优化电解液浸润路径

 

二、压延设备与实验方法详解

2.1 设备技术参数

双辊压延机工作原理图，展示电磁加热系统及10吨压力传感器配置

图1 压延机1

  • 双辊压延机（压延机1）配备6kW电磁感应加热系统
  • 动态压力采集系统（DH5922N）精度达±0.5%
  • 温控范围：20-150℃

 

2.2 实验设计规范
  • 试样规格：1000×50mm铜/铝箔电极条（符合国标GB/T 24533-2019）
  • 工艺流程：三段式压延（预压→主压→精压）
  • 数据采集：厚度（Mitutoyo螺旋测微计）、长度延伸率、剥离强度

 

三、压延力学行为关键发现

3.1 压力-孔隙率关系
  • Meyer模型验证：压力从5t增至8t时，孔隙率下降18.7%
  • 临界压力阈值：超过9t时出现颗粒破碎
 
3.2 微观结构演化

SEM图像对比显示压延后活性材料颗粒排列密度提升40%

图2 压延后的阴极和阳极电池电极

  • 二次压延工艺使导电网络连通性提升23%（引用Park研究）
  • 辊缝精度0.1μm对应电解液浸润速度优化17%（用户数据补充）

 

四、工艺优化建议与行业价值

4.1 参数控制策略
  • 温度-压力协同控制：铝箔最优参数120℃/6.5t
  • 辊速匹配方案：3.5-4.2m/min区间效率最大化
 
4.2 经济效益测算
  • 工艺优化后电极良率提升12%
  • 单线年产能增加150万Ah

 

参考文献：

[1] C. Meyer, H. Bockholt, W. Haselrieder, A. Kwade, Characterization of the calendering process for compaction of electrodes for lithium-ion batteries, J. Mater. Process. Technol. 249 (2017) 172–178.

[2] C. Sangros ´ Gim´enez, B. Finke, C. Schilde, L. Frobose, ¨ A. Kwade, Numerical simulation of the behavior of lithium-ion battery electrodes during the calendaring process via the discrete element method, Powder Technol. 349 (2019) 1–11.

[3] K. Park, S. Myeong, D. Shin, C.-W. Cho, S.C. Kim, T. Song, Improved swelling behavior of Li ion batteries by microstructural engineering of anode, J. Ind. Eng. Chem. 71 (2019) 270–276.

 

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