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編者按：本文對電池輥壓設(shè)備的性能進(jìn)行了程度分析，電池極片輥壓設(shè)備經(jīng)歷了代用品、通用品、專用品的發(fā)展階段，目前處于服務(wù)品發(fā)展初期。電池輥壓設(shè)備有著軋輥壓力調(diào)整及快速反應(yīng)功能、極片輥壓溫度調(diào)整功能、極片輥壓過程的智能控制功能、軋輥清潔及維護(hù)保養(yǎng)功能等，詳細(xì)分析見正文。

電池極片輥壓設(shè)備經(jīng)歷了代用品、通用品、專用品的發(fā)展階段，目前進(jìn)入了服務(wù)品發(fā)展初期。

前三個階段的本質(zhì)是產(chǎn)品制造，選擇性較差，很難根據(jù)需求制造產(chǎn)品?，F(xiàn)在進(jìn)入了服務(wù)制造階段，這一缺陷也就迎刃而解了。

作為能夠決定電池極片性能，乃至能夠影響電池整體安全性和性能的重要設(shè)備，極片軋輥未來將會朝著專業(yè)化的方向發(fā)展，通過專業(yè)的技術(shù)人才進(jìn)行研發(fā)，以提高輥壓的效率和極片的性能。

一

電池輥壓設(shè)備有著多項功能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、軋輥壓力調(diào)整及快速反應(yīng)功能

輥壓機(jī)兩只軋輥之間的壓力調(diào)整是提高電池極片活性物質(zhì)壓實密度的必要條件，由于涂布間歇、單雙面交錯等因素影響，兩輥之間的壓力調(diào)整必須快速反應(yīng)。

2、極片輥壓溫度調(diào)整功能

調(diào)整電池極片輥壓溫度，可以直接影響輥壓過程中的電池極片的變形抗力和塑性變形量。

3、極片輥壓過程的智能控制功能

隨著極片輥壓速度以及自動化程度的不斷提升，自動上下料、自動接帶、自動加壓、自動調(diào)隙、在線監(jiān)測等都要求閉環(huán)控制甚至智能控制。

4、軋輥間隙調(diào)整及準(zhǔn)確復(fù)位功能

輥壓機(jī)兩只軋輥之間的間隙調(diào)整，是獲得電池極片厚度的必要條件，由于極片涂布方式變化，以及極片接帶的需要，兩只軋輥之間的間隙快速調(diào)整后，需要準(zhǔn)確復(fù)位。

5、軋輥無級調(diào)速與線速度同步功能

電池極片輥壓機(jī)在啟停過程中，或根據(jù)工藝需要，必須對兩只軋輥進(jìn)行無級變速，同時確保兩只軋輥的線速度一致。

6、軋輥變形的矯正功能

電池極片輥壓過程或溫度調(diào)整過程中，兩只軋輥必然存在軸向撓曲變形和徑向鼓脹變形，矯正軋輥變形直接影響電池極片的厚度均勻性，和壓實密度均勻性。

7、極片輥壓前后張力調(diào)整與快速反應(yīng)功能

電池極片輥壓過程中，調(diào)整前后張力可以控制電池極片的板型平整度，輥壓過程中輥壓線速度經(jīng)常發(fā)生瞬間突變，張力控制快速反應(yīng)是防止斷帶的重要手段。

8、軋輥清潔及維護(hù)保養(yǎng)功能

電池極片輥壓過程中兩只軋輥表面粘粉是常有的事，保持輥面清潔既可以減少軋輥磨損，還可以提高電池極片表面質(zhì)量，輥壓機(jī)便于維護(hù)保養(yǎng)是非常必要的功能。

輥壓設(shè)備服務(wù)制造階段比較重視技術(shù)的研究，通過系統(tǒng)分析需求，解決遇到的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

輥壓設(shè)備裝配與調(diào)試方面，極片輥壓設(shè)備是一個系統(tǒng)工程，而不是零部件的簡單組合，裝配的關(guān)鍵在配置、調(diào)試，以及穩(wěn)定性。

極片軋輥方面，通過對軋輥材質(zhì)、冶煉方式、熱處理方式的選擇，對軋輥結(jié)構(gòu)、輥面粗糙度進(jìn)行設(shè)計、制造、以及檢測。

動力傳輸方式方面，通過雙電機(jī)減速器直驅(qū)方式，進(jìn)行單電機(jī)減速器加齒輪箱分軸驅(qū)動。

收放卷系統(tǒng)方面，為提高效率，極片自動上下卷料備受重視，實現(xiàn)機(jī)構(gòu)與控制、自動斷帶、接帶的設(shè)計與制造。

調(diào)隙方式方面，目前常見的輥壓設(shè)備調(diào)隙方式有斜鐵調(diào)隙和蝸輪蝸桿調(diào)隙。

輥壓機(jī)牌坊方面，通過對短變應(yīng)力線的設(shè)計與計算，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與加工工藝。

加壓方式和快速響應(yīng)方面，目前常見的輥壓設(shè)備加壓方式有蝸輪蝸桿加壓、液壓缸加壓、氣液增壓快速反應(yīng)，以及彈簧快速反應(yīng)。

在線監(jiān)測系統(tǒng)方面，電池極片的生產(chǎn)品質(zhì)和效率要求越來越高，極片厚度均勻性、露箔、氣孔、掉粉等缺陷的檢測頻率也相應(yīng)提高了，在線監(jiān)測勢在必行，如無觸點激光檢測、放射線檢測等。

環(huán)境濕度與潔凈度控制系統(tǒng)方面，極片輥壓環(huán)境控制，在電池制造過程中沒有引起重視，控制一致性很難保證也很難提高，控制環(huán)境小型化封閉化勢在必行。

此外，電池極片涂布有橫向間歇、單雙面交錯、連續(xù)、縱向間歇等涂布方式，而正負(fù)極片有不同面密度，材料有不同晶體結(jié)構(gòu)，幅寬有不同尺寸等。因此，電池極片輥壓設(shè)備可以根據(jù)需求，有針對性的設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品。

二

電池輥壓設(shè)備除設(shè)計與制造體現(xiàn)在多方面之外，關(guān)鍵技術(shù)也體現(xiàn)在多方面，主要有以下幾點：

電池極片軋輥抗磨損方面，電池極片輥壓基本上屬于粉末軋制，軋輥的主要失效形式是磨粒磨損和鑲嵌磨損。

電池極片輥壓設(shè)備精度及剛性穩(wěn)定性方面，控制電池極片面密度均勻性、防止枝晶以及尖角放電發(fā)生，除了軋輥關(guān)鍵技術(shù)外，電池極片輥壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)、零部件加工與選購、整機(jī)裝配技術(shù)、電控系統(tǒng)都非常關(guān)鍵。

電池極片軋輥閉環(huán)調(diào)隙及精確復(fù)位方面，不同規(guī)格、不同材料的電池極片，厚度大多是不同的。隨著MES系統(tǒng)的推廣應(yīng)用、極片涂布工藝的變化，以及斷帶接帶的要求，軋輥之間閉環(huán)調(diào)隙，以及精確復(fù)位技術(shù)都十分重要。

提高抗磨粒磨損的主要技術(shù)，是合金材料的耐磨性能和抗疲勞強(qiáng)度，抗鑲嵌磨損的主要技術(shù)是硬度均勻性和抗疲勞點蝕。

此外，軋輥表面粗糙度對軋輥磨損也非常重要，軋輥磨損不僅影響生產(chǎn)效率、成本，也影響電池自放電率，甚至安全，軋輥制造涉及材料冶煉、熱處理，以及機(jī)械加工等多種關(guān)鍵技術(shù)。

電池極片軋輥閉環(huán)調(diào)壓及快速響應(yīng)方面，由于電池極片涂布工藝的技術(shù)要求，輥壓經(jīng)常遇到極片橫向間歇涂布、單雙面交錯涂布，為獲得極片活性物質(zhì)的壓實密度均勻性，必須應(yīng)用軋輥壓力閉環(huán)控制，及快速響應(yīng)技術(shù)。

電池極片輥壓張力閉環(huán)控制技術(shù)與輥壓包角方面，控制電池極片的平整性、內(nèi)應(yīng)力分布均勻性、延展率以及斷帶率，關(guān)鍵是輥壓過程中控制電池極片前后張力大小、支點、輥壓包角等技術(shù)。

電池極片軋輥變形矯正方面，電池極片輥壓過程中兩只軋輥存在軸向撓曲變形和徑向鼓脹變形兩大問題，軸向撓曲變形矯正的主要技術(shù)有外力反變形矯正、軋輥形狀矯正、軋輥結(jié)構(gòu)矯正，以及輥壓方式矯正，徑向鼓脹變形矯正的主要技術(shù)是軋輥受熱均勻和冷卻均勻技術(shù)。

電池極片軋輥精度及抗變形方面，控制電池極片面密度均勻性、防止枝晶以及尖角放電發(fā)生，關(guān)鍵是提高電池極片軋輥的尺寸精度、形狀精度、位置精度以及表面粗糙度，提高電池極片軋輥的抗變形能力。

此外，輥壓對于電池性能的影響也是多方面的，主要體現(xiàn)在以下幾點：

首先是對電池安全的影響，極片上活性物質(zhì)的壓實密度均勻性，電池極片輥壓造成的表面粗糙度等都會直接影響電池負(fù)極析鋰、正極析銅、尖角放電，最終釀成安全事故。

其次是對電池能量密度和功率密度的影響，同樣是極片活性物質(zhì)的壓實密度，直接影響了電池的能量密度和功率密度。

然后是對電池比能量與比功率的影響，根據(jù)法拉第定律，電池電極通過的電量與活性物質(zhì)的質(zhì)量成正比，極片輥壓直接影響了極片活性物質(zhì)的壓實密度和電池比能量。

此外，還有對電池循環(huán)壽命的影響，極片輥壓直接影響了活性物質(zhì)在電池集流體上的附著力，從而直接影響了活性物質(zhì)在電池充放電過程中的分離與脫落，進(jìn)而影響了電池的循環(huán)壽命。

最后是對電池內(nèi)阻的影響，極片上活性物質(zhì)的壓實密度和脫落程度，極大地影響著電池的歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)內(nèi)阻，從而直接影響了電池的各種性能。

目前，極片軋輥行業(yè)發(fā)展至今，已不僅僅是簡單的實現(xiàn)功能，現(xiàn)在關(guān)注更多的是設(shè)備的精度、安全性以及生產(chǎn)的一致性。

以增長比較快的動力電池為例，新能源汽車用鋰離子電池往往需要上千個電芯串聯(lián)成電池組，以保證能量的供應(yīng)，每個電芯標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、性能的穩(wěn)定對電池組的性能和質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。

高精度、穩(wěn)定性、一致性的極片軋輥將使生產(chǎn)出的電池具有良好的一致性，從而能夠保證電池的安全性和穩(wěn)定性，成為未來極片軋輥的發(fā)展方向。

雖然目前電池極片輥壓設(shè)備的市場需求呈現(xiàn)快速增長趨勢，然而其主要應(yīng)用范圍仍局限在電池生產(chǎn)，未來亟需擴(kuò)大電池極片輥壓設(shè)備在其他行業(yè)的應(yīng)用范圍。

原標(biāo)題：電池輥壓設(shè)備性能分析