锂电常见异常实例分析---辊分厚度超规格

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辊分后极片厚度不均的影响极片厚度不均带来的影响是多方面的,最直接的就是导致活物质密度不均。厚的区域活物质堆积,密度过大;薄的区域活物质稀少,密度不足。这种密度的差异,就像在电芯内部埋下了一颗颗 “定时炸弹”。在电池充放电过程中,活物质密度不均会使得锂离子的嵌入和脱出变得异常艰难 。厚的区域锂离子扩散路径变长,导致反应速率变慢;薄的区域则由于活物质不足,无法提供足够的锂离子参与反应。这不仅会导致电池极化现象加剧,使电池在充放电过程中的电压偏离理想值,还会降低电芯的实际容量。更为严重的是,活物质密度不均还可能引发锂枝晶的析出。锂枝晶就像一根根尖锐的 “树枝”,在电池内部生长,一旦刺穿隔膜,就会造成电池短路,引发热失控等严重的安全事故,对使用者的生命财产安全构成巨大威胁 。

一、追根溯源:极片超厚与厚度不均的成因剖析

(一)原料与涂布环节的 “先天不足”

浆料特性波动

锂电池极片制作的起点是浆料,其粘度、固含量等参数的稳定性至关重要。若浆料粘度忽高忽低,在涂布过程中,流动性不同会导致涂层厚度不一致。例如,固含量偏低时,相同涂布工艺下,极片干燥后厚度可能超出标准;而浆料分散不均,存在团聚颗粒,也会使涂布后的极片局部过厚。

涂布工艺缺陷

涂布设备的精度和工艺参数设置对极片质量影响巨大。涂布辊压力不均匀,会使浆料在基材上的涂布量不一致,导致极片厚度差异。涂布速度与浆料供给量不匹配,如涂布速度过快,浆料来不及均匀铺展,就会出现极片前端薄、后端厚的现象。此外,涂布头的清洁度也不容忽视,残留的干结浆料会混入新涂布的极片中,造成局部超厚。

(二)辊分设备的 “力不从心”

辊子精度问题

辊分机的辊子是决定极片厚度的核心部件。若辊子表面加工精度不足,存在微小的凹凸不平,在辊压过程中,就会使极片受力不均,导致厚度不一致。长期使用后,辊子磨损严重,尤其是局部磨损,会使极片相应部位的厚度发生变化,出现超厚或偏薄的情况。

压力控制偏差

辊分过程中,压力的精确控制是保证极片厚度均匀的关键。压力传感器故障,无法准确反馈压力值,或者压力控制系统不稳定,导致实际压力与设定压力存在偏差,都会使极片厚度难以达到标准。例如,压力过大,极片被过度压实,厚度变薄;压力过小,则极片偏厚,且不同区域压力波动还会加剧厚度不均匀性。

(三)生产环境与人为因素的 “干扰”

温湿度影响

锂电池生产对环境温湿度要求严苛(尤其三元的对环境很敏感)。环境湿度过高,极片会吸收水分,影响其物理和化学性能,在辊分过程中,可能出现厚度变化。温度过高,会使极片材料的柔韧性发生改变,在辊压时容易产生褶皱或厚度不均;温度过低,则材料变硬变脆,同样不利于极片的均匀辊压。

操作与维护不当

操作人员未严格按照标准操作规程进行辊分设备的调试和参数设置,如辊缝调节不准确,会直接导致极片厚度异常。设备日常维护不到位,未及时清理辊子表面的残留物,或者未定期校准压力传感器等关键部件,也会使设备性能下降,引发极片质量问题。二、对症下药:改善极片质量的有效措施

(一)严控原料与涂布质量

浆料精细化管理

建立严格的浆料质量检测体系,对每一批次的浆料进行粘度、固含、细度等指标的全面检测。优化浆料配方和制备工艺,确保浆料的稳定性和均匀性。采用先进的搅拌设备和分散技术,减少浆料团聚现象。同时,根据不同的涂布工艺和产品要求,动态调整浆料参数,实现精准匹配。

涂布工艺优化升级定期对涂布设备进行维护和校准,确保涂布辊压力均匀、涂布速度稳定。引入在线检测系统,实时监测涂布厚度和表面质量,一旦发现异常,立即调整工艺参数。优化涂布头设计,提高浆料的均匀供给和铺展效果,减少因涂布工艺缺陷导致的极片厚度问题。

(二)提升辊分设备性能

选用高精度辊子

在选购辊分机时,优先选择质量可靠、加工精度高的辊子。定期对辊子进行表面检测和修复,当辊子磨损到一定程度时,及时更换。同时,对新辊子进行严格的质量检验,确保其表面粗糙度、圆柱度等指标符合生产要求。同时过辊的圆跳动客户已经在提1μm的高要求了,实际做到1.5μm都是很牛逼了。

精准压力控制

采用先进的压力控制系统,配备高精度的压力传感器,实现对辊分压力的实时监测和精确调节。建立压力参数与极片厚度的对应关系模型,根据不同的极片材料和工艺要求,自动调整压力设定值。定期对压力控制系统进行校准和维护,确保其稳定性和准确性。

(三)优化生产环境与人员管理

环境精准调控

在锂电池生产车间,配备专业的温湿度调控设备,将环境温湿度严格控制在规定范围内。定期对车间环境进行检测和监控,确保温湿度的稳定性。同时,加强车间的通风换气,减少灰尘和湿气对极片质量的影响。

强化人员培训与管理

定期组织操作人员进行技能培训,使其熟练掌握辊分设备的操作方法和工艺参数设置。建立严格的操作规程和质量管理制度,要求操作人员严格按照标准流程进行生产操作。加强对设备维护人员的培训,提高其设备故障诊断和维修能力,确保设备始终处于良好的运行状态。三、实战复盘:典型案例中的经验启示(一)案例一:某锂电池企业极片厚度不均事件

A 厂是一家颇具规模的锂电厂,主要生产动力电池。在一次大规模的生产过程中,质检部门发现一批极片辊压后厚度不均的问题尤为严重。通过高精度测厚仪的检测,数据显示这批极片的厚度偏差达到了 ±10μm,远远超出了正常的 ±3μm 公差范围 。其中,极片的局部区域厚度偏差甚至更大,最厚处与最薄处相差近 20μm 。

面对这一严重问题,经过仔细分析,发现问题的根源主要有两个方面。一方面,涂布设备的刮刀在长期使用后出现了磨损,导致涂布厚度不均,为后续的辊压问题埋下了隐患 。另一方面,辊压设备的轧辊在近期的维护中没有进行精确的同轴度校准,使得轧辊在辊压过程中对极片施加的压力不均匀,进一步加剧了厚度不均的问题 。

针对这些问题,首先,立即更换了涂布设备的刮刀,并对刮刀的安装精度进行了严格校准,确保涂布厚度的均匀性 。同时,对辊压设备的轧辊进行了全面的检查和校准,使用高精度的测量仪器,将轧辊的同轴度误差控制在了 5μm 以内 。此外还引入了先进的激光测厚仪,对极片的厚度进行实时在线检测,一旦发现厚度偏差超出允许范围,立即进行调整 。

经过这些措施的实施,极片的厚度偏差成功控制在了 ±3μm 以内,电池的性能也得到了明显提升,充放电效率提高了 10%,循环寿命延长了 20%,有效提高了产品的市场竞争力 。

       原文标题 : 锂电常见异常实例分析---辊分厚度超规格

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