在鋰離子電池的生產過程中，輥壓工藝是確保極片性能和電池質量的關鍵環節。通過將電池正負極材料與活性物質、導電劑、粘結劑等混合物進行輥壓，使其形成致密的結構，從而實現降低涂層厚度、增加壓實密度、提高涂膜黏結性等目標。本文將深入探討輥壓工藝的基本原理、變形區的力學特性以及通過輥縫、張力、速度和壓力等參數調控極片厚度的方法。

輥壓開始時，極片與軋輥接觸，并靠二者之間的摩擦力，使得極片被軋輥咬住，極片被拽入軋輥，在變形區內發生變形，極片從輥縫出來后完成輥壓變形。極片不斷進入變形區，并連續發生變形，進入穩定壓制階段。當極片末端完全脫離變形區以后，輥壓過程結束。

簡單輥軋過程變形區示意圖

在鋰離子電池極片的輥壓過程中，極片的寬度和長度變形很小，集流體厚度不發生變化，對極片的輥壓可降低涂層厚度、增加壓實密度、提高涂膜黏結性，達到穩定電極結構和提高電池容量的目的。

極片的輥壓過程是單位面積質量不變而體積減小的過程。壓制后的厚度h可用下式計算:

式中，h'為極片集流體厚度；ρ為壓制后充填密度；m為單位面積極片的質量；m0為單位面積集流體質量。

表1. 極片的尺寸及力學性能參數

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輥壓后的極片厚度控制

輥壓工藝通過選擇輥縫尺寸，調整極片出口張力、輥壓速度、輥壓力等參數，確保輥壓后的極片厚度達到工藝要求值。

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輥縫尺寸調整

在其他輥壓條件一定的情況下，設置初始輥縫為S01，則輥壓機的彈性曲線A和軋件的塑性曲線B如下圖(左)所示，這時得到的軋件厚度為它們的交點對應的橫坐標h1。當需要減小輥壓厚度δh時，需要減小縫尺寸δS即輥縫由S01變為S02，輥壓機的彈性曲線左移到A'，A'與塑性曲線B的交點橫坐標為h2，此時輥壓厚度為h2，減小δh。反之，增大輥縫將會增大輥壓厚度。

(左)輥縫調整原理圖；(右)來料厚度變化時輥縫調整

來料厚度不同時的輥縫調整，如上圖(右)所示。當來料出現厚度增大δH時，即板厚由H1增大到H2，在原始輥縫和其他條件不變時，軋件塑性曲線由圖中B右移為B'，此時輥壓機的彈性曲線為A，導致彈塑性曲線交點橫坐標由h1右移到h2，輥壓厚度增大品δh。為矯正極片厚度產生的δh偏差，調整初始輥縫由S01變為S02，則輥壓機的彈性曲線由A變為A'，輥壓厚度(A'和B'交點橫坐標)重回設計輥壓厚度h1。

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張力調整

輥壓過程中，極片前端大于后端的速度，就會在極片中產生拉應力，也稱為張力。與輥縫調整相比，通過張力調整改變薄板的輥壓厚度具有反應快、精確度高、效果好等特點。

張力調整是通過改變軋件塑性曲線的傾斜度，來調整輥壓機彈性曲線與軋件塑性曲線的交點位置，達到調節輥壓厚度的目的。

(左)張力調整或速度調整；(右)來料厚度變化時張力調整

如上圖(左)所示，當張力變大時，塑性曲線由B變為B'，傾斜度變小，塑性曲線與彈性曲線的交點左移，輥壓厚度減小δh。反之，當需要增大輥壓厚度時，減小張力，塑性曲線由B'變為B，彈性曲線和塑性曲線的交點右移，輥壓厚度變大。

針對不同厚度來料的張力調整，如上圖(右)所示。當來料厚度增大δH，則塑性曲線由B右移到B'，彈塑性曲線的交點由h1右移到h2，輥壓厚度增大δh；通過增大張力，使塑形曲線斜率下降，由B'變為B＂，彈塑性曲線交點左移δh，壓厚度回復到h1。

• 張力分為前張力和后張力。

需要注意的是后張力比前張力對輥壓厚度的影響幅度更大。

• 一般來說，后張力大于前張力，帶材不易拉斷，保證帶材不跑偏，較平穩地進入縫。但后張力過大會增加主電機負荷。

• 相反前張力大于后張力時，可以降低主電機負荷，有利于輥壓時工作輥的穩定性，能使變形均勻，對控制板形效果顯著，但是過大的前張力會使極片卷得太緊，易產生黏結和斷帶。

• 另外張力的調整范圍不宜過大，最大張應力值不能大于或等于金屬的屈服強度，否則會造成帶材在變形區外產生塑性變形，甚至斷帶，破壞輥壓過程或使產品質量變壞。

一般鋰電極片輥壓的前張力1~10kgf(9.8~98N，1kgf=9.80665N)，后張力2~15kgf(19.6~147N)。

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輥壓速度調整

輥壓速度調整會改變軋件塑性曲線的傾斜度。輥壓速度越快，則極片塑性曲線越陡，與輥壓機彈性曲線交點越靠右，輥壓厚度變大；降低輥壓速度，會使極片塑性曲線傾斜度降低，輥壓厚度減小，其調整原理與張力調整相同。輥壓速度的調整還會影響到輥壓溫度、軋輥與電池極片的摩擦系數等因素。

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輥壓力調整

一般情況下，輥壓力屬于因變量。在軋件及輥縫、張力、速度等輥壓工藝參數一定時，輥壓力也隨之確定。輥壓力大小等于軋件變形抗力或輥壓機的彈性變形力。要得到較準確的輥壓力數據，需要用實際測量的方法。影響輥壓力的因素很多，電池極片的初始厚度越大，電池極片的絕對壓下量越大，輥壓溫度越低，輥壓速度越快，軋輥與電池極片間的摩擦系數越大，電池極片的寬度和軋輥直徑越大，變形抗力越大，輥壓力越大。綜上所述，通過合理調整輥縫、張力、速度和壓力等工藝參數，可以有效控制極片的厚度，從而提高電池的容量和穩定性。在未來的研究中，進一步優化這些參數的調控策略，結合先進的檢測技術，美能光子灣科技將繼續助力鋰離子電池制造技術的發展，推動行業向更高效率和更高質量的方向邁進。