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锂电池制作工艺前段（下）：辊压&分切

前言：

大家好，我是研究新能源汽车的研讨君，锂电池的生产流程一般分为前，中，后三段，在上一篇新能源汽车纪要中，我为大家介绍了锂电池制作工艺中的前段的搅拌和涂布工艺，今天我就接着给大家来介绍一下前段中的辊压和分切。

在正式开始今天的内容之前，先给大家做一点风险提示：

本文所有内容均是产业研究和公司研究的案例，不构成任何投资建议，不构成任何投资推荐。另外还有三点值得注意：

1、短期价格波动几乎不可预测。但巨大利益驱使下市场上会充斥神预测。

2、再好的生意，如果基本条件发生大的变化，也有失败的风险。

3、估值过高的好公司，随着流动性收紧，如果利润增长没有达到预期，也有可能长期回调。

正文开始：

前段极片制作的过程：

一、搅拌

二、涂布

（一、二点见上一篇新能源汽车系列纪要：锂电池制作工艺前段（上）：搅拌&涂布）

三、辊压

（一）什么是辊压？

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。

涂布后极片厚度不变的情况下，辊的直径越大，极片越薄。极片所需要的厚度，通过张力控制双辊来实现。

（二）辊压的目的是什么？

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。所以说辊压的目的就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，同时又不能过压，因为要保证电解液对极片的浸润效果。

左图为辊压前，右图为辊压后。辊压后的结构更加稳定，颗粒之间空隙间距更小。

（三）辊压工艺有哪些关键点？

1. 厚度

如果厚度不一致，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。

哪些因素影响极片厚度一致性？

轧辊直线度，辊跳度，辊弯曲等。

轧辊直线度影响因素多是由于长期使用，辊有磨损。

辊跳值则是由辊的刚性有关，刚性越好，辊跳值越小。

辊弯曲是需要张力和轧件的变形抗力共同决定，轧件变形张力越大，辊弯曲越大，简单来说就是轧纸片和铁片，两者造成的辊弯曲度不一样。

2. 打皱

影响极片打皱的原因主要有导辊水平度和平行度，张力不均，收卷张力等。

3. 极片反弹

由上图可见，极片受辊压时经历了：塌陷期-初步压缩期-剧烈压缩期-受控反弹期-自由反弹期。虽然反弹是一定的，但是反弹率要尽量控制在可接受的范围，并且稳定下来，使用辊压后烘烤可以加速极片的反弹并让其尽快稳定下来。

4.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。

5.热辊

上图为涂敷厚度为 100 μm 的极片在不同轧制温度下的厚度曲线。

随着轧制温度由 20°C 增加为 90°C 再增加为160°C，极片厚度偏差由±1.9μm 降低为±1.3 μm 再降低为±0.8μm，极片厚度一致性逐渐提高，这是因为随着轧制温度的增加，极片涂层变形抗力减小，可塑性变好，使得极片表面厚度更加均匀。

有研究表明，热辊相对于冷辊，主要有以下作用:

1）极少极片反弹,能减少约50%;

2）可用较小的辊制力将极片压至工艺要求的厚度和面密度,最大可减少62%,一般减少35%-45%;

3）减少电池极片粘结剂微裂纹,提高粘结剂性能,提高电池循环寿命,减少因压力过大损坏箔材;

4）克服冷辊摩擦温升造成的极片厚度不一致,

5）热辊较冷辊制成极片吸液量减少7.31%,内阻减少9.46%.

（四）辊压机

辊压工艺需要用到的设备是辊压机，制作辊压机的企业有：北方华创、纳科诺尔、科恒股份、赢合科技、新嘉拓

纳科诺尔辊压机：

科恒股份辊压机：

赢合科技辊压机：

四、分切

（一）什么是分切？

分切也叫分条，圆盘分切刀主要有上、下圆盘刀，装在分切机的刀轴上，利用滚剪原理来分切厚度为0.01~0.1mm成卷的铝箔、铜箔、正负极极片等。

分条后的极片不能出现褶皱、脱粉，要求分条尺寸精度高等，同时极片边缘的毛刺小，否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔膜，造成电池内部的短路。

（二）分切的目的是什么？

涂布、辊压后完成的极片很宽，所以要将极片分切成多条。

（三）极片分切与其他普通金属板材分切有什么不同？

与金属板材分切加工比较，锂电池极片圆盘剪的裁切方式具有完全不同的特点：

1. 极片分切时，上下圆盘刀具有后角，类似于剪刀刀刃，刃口宽度特别小。上下圆盘刀不存在水平间隙（图中所示参数c相当于负值），而是上下刀相互接触并存在侧向压力。

2. 板料分切时上下基本上都有橡胶托辊，平衡上下刀在剪切时产生的剪力和剪切力矩，避免板料的大幅变形。而极片分切没有上下托辊。

3. 极片涂层是由颗粒组成的复合材料，几乎没有塑性变形能力，当上下圆盘刀产生的内应力大于涂层颗粒之间的结合力，涂层产生裂缝并拓展分离。

（四）分切有哪些关键点？

1. 材料物理力学性能的影响

一般说，材料的塑性好，剪切时裂纹会出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大；而塑性差的材料，在同样的参数条件下，则容易发生断裂，断面的撕裂带所占的比例就会偏大，光亮带自然也较小。

2. 上下成对刀具侧向压力的影响

在极片的分切中，刀具侧向压力是影响分切质量的关键因素之一。剪切时，断裂面上下裂纹是否重合、剪切力的应力应变状态都与侧向压力的大小关系密切。侧向压力太小时，极片分切可能出现分切断面不齐整、掉料等缺陷，而压力太大，刀具更容易磨损，寿命更短。

3. 上下成对刀具的重叠量（上图中参数δ）的影响

重叠量的设置主要与极片的厚度有关，合理的重叠量有利于刀具的咬合，其影响包括剪切质量的优劣、毛剌的大小和刀具刃口磨损快慢等问题。

4. 咬入角（上图中参数α）的影响

圆盘分切中，咬入角是指剪切段和被剪板材中心线的夹角。咬入角增加，剪切力所产生的水平分力也会增大。如果水平分力大于极片的进料张力，板材要么打滑，要么在圆刀前拱起来而无法剪切。而咬入角减小，刀片的直径就要增大，分条机的尺寸相应的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直径、板料厚度以及重叠量，必须参考实际工况而定。

5.缺陷

极片分切中存在的主要缺陷包括以下几种：

1）毛刺

毛刺，特别是金属毛刺对锂电池的危害巨大，尺寸较大的金属毛刺直接刺穿隔膜，导致正负极之间短路。而极片分切工艺是锂离子电池制造工艺中毛刺产生的主要过程。上图所示即为极片分切产生的金属毛刺的典型形貌，极片在分切时，由于张力控制不稳定导致二次切削形成箔材毛刺，尺寸达到100μm以上。为了避免这种情况出现，调刀时根据极片的性质和厚度，找到最合适的侧向压力和刀具重叠量是最关键的。另外，通过还可以切刀倒角，收放卷张力来改善极片边缘品质。

2）波浪边