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

图4几种材料的压实阻抗

面密度对压实阻抗γ的影响

No.6–12极片，涂层面密度从80g/m2逐渐升高到285g/m2，对应的涂层孔隙率与加载的压实线载荷关系如图5所示，数据点是实验测试值，曲线是根据公式（4）拟合得到的曲线。对于No.6–8，极片涂层面密度低，初始的孔隙率比较高，压实过程，随着载荷增加，压实阻抗下降斜率大，而No.9–12面密度增加，涂层初始孔隙率降低，载荷增加时压实阻抗下降斜率也更小。

图5不同压实密度极片的孔隙率-线载荷关系：实验数据点

和拟合曲线

曲线拟合可以得到各种极片的压实阻抗，压实阻抗γ和涂层面密度MC作图，分析两者之间的关系，如图6所示。压实阻抗γ与面密度具有线性关系：γ=μ*MC，本文No.6–12一系列实验中，μ=1.31kN·m/g。随着面密度增加，涂层压实越来越困难。对于不同的活性物质，压实工艺模型的面密度影响因子μ列入表3。

图6压实阻抗-面密度的线性关系

表3不同的活性物质压实阻抗的面密度影响因子μ

极片压实工艺模型

根据以上分析，综合考虑活性物质的种类、形貌和粒度分布，以及涂层的面密度等因素，锂离子电池极片压实工艺

模型为：

(5)

其中，p=εC,min/εC,0表示极片最小孔隙率εC,min与初始孔隙率εC,0的比值，与颗粒的种类和形貌相关，对于球形颗粒，一般p=0.4。γ=μ*MC表示极片压实阻抗，表征极片的压实难易程度，并与涂层的面密度MC相关，不同的活性物质压实阻抗的面密度影响因子μ数值见表3。 在《锂电池极片辊压机原理及工艺》一文中，介绍了三种常用的锂离子电池极片辊压机及其工艺特点：手动螺旋加压式极片轧机、气液增压泵加压式极片轧机、液压伺服加压式极片轧机。其中，气液增压泵加压式极片轧机压实极片时，设备参数设定的液压缸压力F并不是完全作用在极片上。极片轧制时，液压缸压力F分解为作用在上下轧辊之间的楔铁上的力和作用在极片上的有效轧制力。应用压实工艺模型时需要特别注意。