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试论锂离子电池极片的轧制及电池极片轧机

来源:用户分享 时间:2025/6/26 4:40:49 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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轧制力和轧辊温度等因素的变化而产生的轧辊有载辊缝的变化,从而获得良好的板型。但对于电池极片轧辊来说,由于轧辊的长径比,也就是轧辊辊身长度L与轧辊直径D的比值,即L/D的比值一般小于或等于1,实施液压弯辊效果不言自明,而且,液压弯辊要受到轧辊轴承寿命和电池极片轧辊特殊构造及轧辊局部受力集中等因素的限制。自20世纪70年代以来,轧钢行业的板型控制技术和具有较好板型控制能力的新型板带轧机得到了较大发展。其技术路线方向为:一、增加有载辊缝的刚度;二、加大轧辊原始辊缝的调节范围。采用提高辊缝的刚度系数来增加板型控制能力,此种办法,显然是不能以恒定的轧辊原始辊型来适应各种轧制情况的,为了使轧辊原始辊型(或有载辊型)能适应轧制情况的变化而作相应的变化,具体到电池极片轧机的板型控制上,目前能够采取的措施为加大轧辊辊径以便增加有载辊缝的刚度。至于加大轧辊原始辊缝的调节范围,国内还处于方案论证阶段。但在轧钢领域,不论是HC轧机、UC轧机、CVC轧机、PC轧机、还是VC轧机,都是通过轧辊的轴向移动或轧辊辊型上的凸度变化来调整轧机的有载辊缝,使其抵消由轧制力引起的轧辊弹性变形,以获得良好的板型。此技术在电池极片轧机上的应用还处于研发阶段。

轧辊的偏心直接会对电池极片的滚压精度产生影响。不过,轧辊在轧制过程中会发生弹性压扁现象。因此,轧辊的偏心在一定的范围内不会对电池极片的滚压精度产生大的影响,这一点可以通过计算加以验证。下面以直径0.5m的电池极片轧机为例,轧制力为1500kN时,轧辊的弹性压扁量。

轧辊之间的弹性压扁量???qLn0.972D ?q1?r2其中:??2k k? r为轧辊材料的泊松比,9Cr2Mo的泊松比为0.3;

?EE为轧辊的弹性模量,其值为2.058?1011Par;q为作用在轧辊辊身上的单位负荷。

q?p 其中p为轧制力,1500Kn;L为轧辊的辊身长度,0.55m;D为轧L辊直径,0.5m,则:

1?r21?0.32k?? 11?E3.14?2.058?10q?p1500000? L0.55两轧之间的弹性压扁量为:

2?1?0.32?15000002D???Ln0.97?δ=?qln0.97113.14?2.058?100.55?q2?0.5 22?1?0.3?1500000?3.14?2.058?10110.55?0.00009022334259?m??90.22334259um

则上辊或下辊的弹性压扁量为:90.22334259?2?45.1116713(um)

轧辊的辊身直径从0.5m变为0.5000003m(即轧辊的直径增大了3um)时,轧辊的弹性压扁量从45.1116713um增大到45.1116934um,增加了0.0000221um,从增加的数值来看,增量可以忽略不计。由此可以得出这样的结论:轧辊装机辊跳在一定小范围内的变化,不会影响轧机的滚压精度,且轧机的滚压精度在范围上应小于轧机的装机辊跳精度。轧机的装机辊跳与轧机的滚压精度,其具体的函数关系,还有待实验与论证。

现在的涂布技术,涂布精度越来越高,涂布厚差可控制到±0.001um,而电池极片的轧制过程是一个电池材料被压实的过程,因此,这样级别的厚度差别对轧件轧后的厚度影响可以忽略不计。

在电池极片轧制过程中,须保持轧制中心线的一致性。一旦两个轧辊轴线相交叉,轧辊辊缝即发生变化,离轧辊轴线交叉点愈远,其辊缝就变得愈大,而且辊缝的变化也与轧辊轴线的交叉角有关。还有一种情况是,两个轧辊轴线前后错开,这样会造成轧制力不均衡。以上两种情况,都会影响电池极片的轧制厚度与

板型,严重时,还会造成电池极片轧机的零部件损坏。

调整电池极片的张力可改变电池极片材料的塑性,进而对电池极片的轧制厚度进行控制。但为了防止拉断电池极片,电池极片张力的调整范围不宜过大。

电池极片的轧制速度,主要跟轧机的结构和强度、减速电机的转速及转矩、设备的机械化与自动化水平等一系列因素有关。另外,轧制速度的变化影响到轧制温度、张力以及轧辊与电池极片的摩擦系数等因素。通过控制轧制速度,可控制电池极片的轧制厚度。至于电池极片的热轧问题,请大家参考《浅述电池极片垫轧对锂离子电池品质的影响》一文。 五、电池极片轧机

当前,国内外锂电池生产厂家基本上在电池极片的滚压工序上实现了全自动连续轧制。辊压机的辊径从以前的200、300、400、500、600向800、1000增进;辊压精度从以前的±0.005mm、±0.003mm向±0.002mm甚至±0.001mm提高;辊压速度从以前的每分钟几米到每分钟几十米的速度发展。在这里须说明的是:轧辊的辊径越大,其滚压过程越近乎平压。根据前文所述的电池极片滚压条件1,大辊径辊压机减小极片在滚压时的压入角,降低极片的纵向延伸量及横向宽展量,使极片的涂层材料的微观结构不受破坏,不影响注液后极片的吸液量,使正负极片之间离子能正常的嵌入及脱嵌。同时也避免极片以后分切时因极片内部应力的释放而产生矩蛇形及翻转现象。另一方面,随着动力电池及储能电源的蓬勃发展。锂离子单体电池也从最早的18650到32650,有的厂家甚至把单体电池直径做到了四十几,而且动力电池模块往往是几十个甚至几百个电池组合到一起,这就意味着,它对电池在充放电时电压、电流上的一致性的要求也就越发严格。归结到电池极片的轧制上,首先得保证电池极片厚度上、板型上的一致性。

电池极片轧机以发展的角度来讲是从轧钢机械演变过来的。一般由机架部分、传动部分及电控部分组成。其种类大致可分为四种类型:1、普通型;2、无牌轧机,也叫短应力线轧机;3、短变应力线轧机;4、AGC轧机。若以传动方式的不同又可分为单电机驱动,和双电机驱动两种类型。下面就谈一谈无牌坊极片轧机,短变应力轧机及AGC轧机在结构上的不同之处和其轧制功能上的差异。

无牌坊轧机即短应线轧机,这种轧机的结构与普通轧机的不同。为了取得短应力线效果,它去掉了牌坊,由4个拉杆、上下轧辊及轴承座、螺母、压上装置、机床以及传动装置组成,是一种高刚度轧机。刚度之所以高,是因为采用了短应力线的结构。应力线是指轧制压力所经过的路线,其长度为工作机架中受力零件的长度之和。如普通型极片轧机,轧制时轧制力作用在轧辊上,再经过轴承、轴承座、压上或压下装置传给机架,应力作用线较长。短应力线轧机改变了工作机床的传统结构,使协调变形的边界线从牌坊的中心转移到预应力拉杆与锁紧螺母之间,缩短了应力线的长度,提高了机床的刚度系数。根据轧机机架的弹跳方程h≈S0+可知,机床刚度系数愈大,机床刚度愈好则机架的弹性变形愈小,可使轧件获得较高的尺寸精度,这对极片轧机大为重要。

而短变应力线轧机不像短应力线轧机那样,为缩短应力线长度而放弃了赖以支撑的牌坊,短变应力线轧机注重的是真正影响轧辊辊缝变化的那部分受力零件的刚度系数,是一种发展了的预应力轧机。它的辊缝由可变厚度的中间斜楔调整,轧制力直接由压上和压下液压缸施压。在轧机机座中,除轧辊外,轧制工作前全部机座构件均承受预紧力,产生了预压缩或预拉伸变形。当承受轧制力作用的同时,机座是一个静不定受力系统。中间承压件的重要作用为使协调变形边界从一般预应力轧机机架上下边缘,一下子移动到了轧辊轴承外圈,这样一来,其轧制

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