锂电池极片压实工艺模型 考察活性物质和面密度对孔隙率的影响

锂电池极片压实工艺模型 考察活性物质和

面密度对孔隙率的影响

工业生产上，锂电池极片一般采用对辊机连续辊压压实，

工艺过程如图1所示。

图1极片辊压过程示意图

极片经过压实之后，涂层孔隙率由初始值εc,0变为εc。在之前的一篇文章《锂电池极片辊压工艺基础解析》提到：锂离子电池极片的压实过程也遵循粉末冶金领域的指数公式（1），这揭示了涂层密度或孔隙率与压实载荷之间的

关系。

（1）

其中，ρc,0是涂层密度初始值，ρc是压实后涂层的密度。qL为作用在极片上的线载荷，可由式（2）计算： qL=FN/WC（2）

FN为作用在极片上的轧制力，WC为极片涂层的宽度。ρc,max和γC可以通过实验数据拟合得到，分别表示某工艺条件下涂层能够达到的最大压实密度以及涂层压实阻抗。 将压实密度转化成孔隙率，指数公式（1）转变为公式（3）：

（3）

参考文献[1]依据以上压实工艺模型，考察了不同活性物质，不同面密度对极片的压实孔隙率的影响。原材料的粒径分布和形貌等参数如表1所示，所制备的极片组成和面密度等参数如表2所示。No.1是两种不同粒径的NCA1和NCA2的混合，No.2-5分别是NCA1、NCM811、NCM622、NCM111，这五种活性物质不同，浆料组成和面密度相同，单面涂布

223g/m2。No.6-12分别是一锅浆料，涂布不同的面密度。No.13-15是其他的文献报道。

初始孔隙率及最小孔隙率预测

理想球形不可压缩的硬质颗粒简单立方堆垛的理论孔隙率为47.64%，实际的锂离子电池极片No.1–5和7–12初始孔隙率基本都在42-48%，与理论值略有偏差，这主要是一方面颗粒不是理想的球形，另一方面涂层中还有粘结剂和导电剂的影响。而No.6和13–15的初始孔隙率比较高，No.6是因为面密度比较低导致初始孔隙率高，而且从No.6-12极片看，随着极片面密度增加，初始孔隙率逐渐降低，但是减小幅度越来越小。厚涂层在干燥过程中，上层会对下层施加重力作用，使涂层密度更高些。No.13-15极片初始孔隙率高是因为粘结剂和导电剂含量更高，涂层孔隙率也更高。另外，活性物质的形貌不同也会影响初始孔隙率。