在鋰電池極(ji)(ji)(ji)片(pian)加工環節,極(ji)(ji)(ji)耳區(qu)留(liu)白是個(ge)繞不(bu)開(kai)的(de)工藝設計。簡單說,就(jiu)是極(ji)(ji)(ji)片(pian)上對應極(ji)(ji)(ji)耳的(de)位置不(bu)涂(tu)覆(fu)漿料(liao),留(liu)出一段(duan)空白區(qu)域,方便后續極(ji)(ji)(ji)耳焊接。但這個(ge)留(liu)白尺寸要是沒控制好,會(hui)(hui)不(bu)會(hui)(hui)在輥壓工序引發斷(duan)帶?答案是:留(liu)白區(qu)過大,會(hui)(hui)增(zeng)加斷(duan)帶風險。接下來我們(men)來淺要解析。
一、極耳區(qu)留白與輥壓(ya)斷(duan)帶的關聯(lian)性(xing)
先明確一個前提(ti):極耳區留白(bai)本身是必要的工藝設計,但(dan) “過大” 這個度一旦超(chao)標(biao),確實可能成為輥壓斷帶的誘因。
輥壓工序的(de)核心(xin)是通(tong)過上下軋輥的(de)擠壓,將極片壓實到設計厚度(du),目的(de)是提高能量(liang)密度(du)和改善電極性能。正常(chang)情況下,涂覆區(qu)(有(you)漿(jiang)料(liao)的(de)部分)厚度(du)遠大于留白區(qu)(僅銅箔或鋁箔基材(cai)),兩者在輥壓時承受的(de)壓力(li)分布本就不(bu)同(tong)。當留白區(qu)域過寬時,這種差異(yi)會被放大 —— 涂覆區(qu)因(yin)為(wei)漿(jiang)料(liao)支撐,受壓后形變均勻;而留白區(qu)的(de)基材(cai)在相同(tong)線壓力(li)下,更容易產生局部應力(li)集中。
二、留白過(guo)大引發(fa)斷帶(dai)的底層(ceng)原(yuan)因
(一)力學分布失衡
在(zai)極(ji)(ji)片輥壓(ya)過程中,軋輥施加的(de)(de)壓(ya)力(li)沿寬度(du)方向傳導(dao)(dao)。涂(tu)覆(fu)區(qu)域的(de)(de)電(dian)極(ji)(ji)漿(jiang)料層具備壓(ya)力(li)分散(san)能力(li),而留(liu)白區(qu)域的(de)(de)基體(ti)材(cai)料需獨立承擔外部(bu)(bu)載荷。當(dang)留(liu)白寬度(du)超出(chu)(chu)合理(li)范圍時(shi),基體(ti)材(cai)料的(de)(de)有效受力(li)面積(ji)顯著增(zeng)加,且因缺乏漿(jiang)料層的(de)(de)緩沖作用,在(zai)循環(huan)擠(ji)壓(ya)應(ying)力(li)作用下極(ji)(ji)易發生(sheng)塑性(xing)形變。特別在(zai)留(liu)白區(qu)與涂(tu)覆(fu)區(qu)的(de)(de)交(jiao)界部(bu)(bu)位,由于厚度(du)梯度(du)形成的(de)(de)應(ying)力(li)集中區(qu)域,導(dao)(dao)致局部(bu)(bu)壓(ya)力(li)分布出(chu)(chu)現突變。這(zhe)種應(ying)力(li)集中效應(ying)類似于材(cai)料在(zai)反復彎曲疲勞(lao)試驗中的(de)(de)破壞機理(li)。
(二)基(ji)材疲勞累積
鋰電(dian)池生產中常用(yong)的(de)銅箔(bo)、鋁箔(bo)厚度(du)通常在 5-12μm,屬于極薄(bo)柔性(xing)(xing)金屬材(cai)料(liao)。有些廠家還會進(jin)行二次輥(gun)(gun)壓(ya),當(dang)極耳區留白(bai)寬(kuan)度(du)過大時(shi),該區域(yu)基(ji)材(cai)在輥(gun)(gun)壓(ya)工序中需承受二次獨立的(de)軋輥(gun)(gun)壓(ya)延作用(yong)。每次壓(ya)延過程均會引發基(ji)材(cai)產生微(wei)量(liang)塑(su)性(xing)(xing)變形,根據金屬材(cai)料(liao)疲勞理(li)論(lun),這種累積塑(su)性(xing)(xing)形變將導(dao)致材(cai)料(liao)內部位錯增殖、晶粒畸變,進(jin)而(er)顯著降(jiang)低基(ji)材(cai)的(de)抗拉強度(du)與疲勞壽(shou)命。當(dang)留白(bai)寬(kuan)度(du)超過材(cai)料(liao)的(de)疲勞極限閾(yu)值后,即便在正常工藝張力下,基(ji)材(cai)也可(ke)能因疲勞裂紋擴展而(er)發生突發性(xing)(xing)斷(duan)裂。
(三(san))設備(bei)參數適(shi)配問題
大多數輥壓設(she)備(bei)的壓力控制系統是按(an)整體寬度(du)設(she)定的,很難針對(dui)局部留白區單獨調整。當留白過(guo)寬,設(she)備(bei)預(yu)設(she)的壓力參數會對(dui)留白區造成 “過(guo)度(du)壓制”—— 涂覆區需要的壓力對(dui)留白區來(lai)說可能過(guo)大,導致基材(cai)被壓薄甚至出現微裂紋。這些微裂紋在后續的張力牽引(yin)下會快速(su)擴展,最終引(yin)發斷帶。
三、避免(mian)斷帶的(de)實(shi)操解決(jue)方案
(一)優化留白尺(chi)寸(cun)設計
依(yi)據基(ji)材特性設定(ding)留白寬度(du),并對留白區邊緣做圓弧過渡,減(jian)少應力集(ji)中。
(二)分段調(diao)整輥壓(ya)參數
若二次輥(gun)壓(ya)工(gong)序可使用分區(qu)控壓(ya)設備,在留白(bai)區(qu)降(jiang)低 20%-30% 線壓(ya)力(li);傳統(tong)設備可通過 “降(jiang)壓(ya)增次” 調節,如(ru)將(jiang) 2 次輥(gun)壓(ya)改為(wei) 3 次,每(mei)次壓(ya)力(li)降(jiang) 15%,兼顧涂覆區(qu)壓(ya)實與留白(bai)區(qu)保(bao)護(hu)。
(三)加強基材(cai)質量管(guan)控
選用(yong)退火處(chu)理的高延展(zhan)性(xing)箔材,生產前進行(xing)張力(li)(li)測試(shi),剔除(chu)缺陷批次。涂布(bu)時(shi)確保留白區邊(bian)緣平整,避免(mian) “鋸齒狀” 不規則邊(bian)緣引發應力(li)(li)集中。
四、總結(jie)
極耳區留白過大確(que)實(shi)會(hui)增加輥壓斷(duan)帶的風險,但(dan)這不是絕(jue)對的因果關(guan)系,而是工(gong)藝參數與材(cai)料特(te)性共同作用的結果。