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在鋰電池極片加工環(huán)節(jié),極耳區(qū)留白是個(gè)繞不開的工藝設(shè)計(jì)。簡單說,就是極片上對(duì)應(yīng)極耳的位置不涂覆漿料,留出一段空白區(qū)域,方便后續(xù)極耳焊接。但這個(gè)留白尺寸要是沒控制好,會(huì)不會(huì)在輥壓工序引發(fā)斷帶?答案是:留白區(qū)過大,會(huì)增加斷帶風(fēng)險(xiǎn)。接下來我們來淺要解析。
一、極耳區(qū)留白與輥壓斷帶的關(guān)聯(lián)性
先明確一個(gè)前提:極耳區(qū)留白本身是必要的工藝設(shè)計(jì),但 “過大” 這個(gè)度一旦超標(biāo),確實(shí)可能成為輥壓斷帶的誘因。
輥壓工序的核心是通過上下軋輥的擠壓,將極片壓實(shí)到設(shè)計(jì)厚度,目的是提高能量密度和改善電極性能。正常情況下,涂覆區(qū)(有漿料的部分)厚度遠(yuǎn)大于留白區(qū)(僅銅箔或鋁箔基材),兩者在輥壓時(shí)承受的壓力分布本就不同。當(dāng)留白區(qū)域過寬時(shí),這種差異會(huì)被放大 —— 涂覆區(qū)因?yàn)闈{料支撐,受壓后形變均勻;而留白區(qū)的基材在相同線壓力下,更容易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。
二、留白過大引發(fā)斷帶的底層原因
(一)力學(xué)分布失衡
在極片輥壓過程中,軋輥施加的壓力沿寬度方向傳導(dǎo)。涂覆區(qū)域的電極漿料層具備壓力分散能力,而留白區(qū)域的基體材料需獨(dú)立承擔(dān)外部載荷。當(dāng)留白寬度超出合理范圍時(shí),基體材料的有效受力面積顯著增加,且因缺乏漿料層的緩沖作用,在循環(huán)擠壓應(yīng)力作用下極易發(fā)生塑性形變。特別在留白區(qū)與涂覆區(qū)的交界部位,由于厚度梯度形成的應(yīng)力集中區(qū)域,導(dǎo)致局部壓力分布出現(xiàn)突變。這種應(yīng)力集中效應(yīng)類似于材料在反復(fù)彎曲疲勞試驗(yàn)中的破壞機(jī)理。
(二)基材疲勞累積
鋰電池生產(chǎn)中常用的銅箔、鋁箔厚度通常在 5-12μm,屬于極薄柔性金屬材料。有些廠家還會(huì)進(jìn)行二次輥壓,當(dāng)極耳區(qū)留白寬度過大時(shí),該區(qū)域基材在輥壓工序中需承受二次獨(dú)立的軋輥壓延作用。每次壓延過程均會(huì)引發(fā)基材產(chǎn)生微量塑性變形,根據(jù)金屬材料疲勞理論,這種累積塑性形變將導(dǎo)致材料內(nèi)部位錯(cuò)增殖、晶?;?,進(jìn)而顯著降低基材的抗拉強(qiáng)度與疲勞壽命。當(dāng)留白寬度超過材料的疲勞極限閾值后,即便在正常工藝張力下,基材也可能因疲勞裂紋擴(kuò)展而發(fā)生突發(fā)性斷裂。
(三)設(shè)備參數(shù)適配問題
大多數(shù)輥壓設(shè)備的壓力控制系統(tǒng)是按整體寬度設(shè)定的,很難針對(duì)局部留白區(qū)單獨(dú)調(diào)整。當(dāng)留白過寬,設(shè)備預(yù)設(shè)的壓力參數(shù)會(huì)對(duì)留白區(qū)造成 “過度壓制”—— 涂覆區(qū)需要的壓力對(duì)留白區(qū)來說可能過大,導(dǎo)致基材被壓薄甚至出現(xiàn)微裂紋。這些微裂紋在后續(xù)的張力牽引下會(huì)快速擴(kuò)展,最終引發(fā)斷帶。
三、避免斷帶的實(shí)操解決方案
(一)優(yōu)化留白尺寸設(shè)計(jì)
依據(jù)基材特性設(shè)定留白寬度,并對(duì)留白區(qū)邊緣做圓弧過渡,減少應(yīng)力集中。
(二)分段調(diào)整輥壓參數(shù)
若二次輥壓工序可使用分區(qū)控壓設(shè)備,在留白區(qū)降低 20%-30% 線壓力;傳統(tǒng)設(shè)備可通過 “降壓增次” 調(diào)節(jié),如將 2 次輥壓改為 3 次,每次壓力降 15%,兼顧涂覆區(qū)壓實(shí)與留白區(qū)保護(hù)。
(三)加強(qiáng)基材質(zhì)量管控
選用退火處理的高延展性箔材,生產(chǎn)前進(jìn)行張力測(cè)試,剔除缺陷批次。涂布時(shí)確保留白區(qū)邊緣平整,避免 “鋸齒狀” 不規(guī)則邊緣引發(fā)應(yīng)力集中。
四、總結(jié)
極耳區(qū)留白過大確實(shí)會(huì)增加輥壓斷帶的風(fēng)險(xiǎn),但這不是絕對(duì)的因果關(guān)系,而是工藝參數(shù)與材料特性共同作用的結(jié)果。