電池極片的軋制是軋輥與電池極片之間產(chǎn)生摩擦力，把電池極片拉進旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，電池極片受壓變形的過程。電池極片的軋制不同于鋼塊的軋制，軋鋼是板材沿縱向延伸和橫向?qū)捳沟倪^程，其密度在軋制過程中不發(fā)生變化，而電池極片的軋制是正負極片上電池材料壓實的過程，其目的在于增加正極或負極材料的壓實密度，合適的壓實密度可增大電池的放電容量、減小內(nèi)阻、減小極化損失、延長電池的循環(huán)壽命、提高鋰離子電池的利用率。

　　電池極片軋制設(shè)備是從軋鋼機械演變過來的，一般由機架部分、傳動部分及電控部分組成。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)與輥壓模式，本文介紹三種常用的鋰離子電池極片輥壓機及其工藝特點：手動螺旋加壓式極片軋機、氣液增壓泵加壓式極片軋機、液壓伺服加壓式極片軋機。

　　1、手動螺旋加壓式極片軋機

　　這種設(shè)備由減速電機驅(qū)動高硬度壓輥旋轉(zhuǎn)，采用斜塊式輥縫調(diào)節(jié)裝置機械調(diào)整壓輥間隙，使極片受壓成型，增加極片密度，主要用于軋制單片的電池極片，輥壓示意如圖1所示。這種設(shè)備主要應(yīng)用于實驗室，通過設(shè)定輥縫值使軋輥在極片上加載壓力，沒有額外的加壓裝置。因此，一般實際壓力比較小，輥壓極片壓實密度受到限制，而且一般最大輥縫受機械裝置限制，存在一個最大值，一般不能輥壓太厚的極片。

　　圖1手動螺旋加壓調(diào)輥縫示意圖

　　2、氣液增壓泵加壓式極片軋機

　　氣液增壓泵加壓方式電池極片軋機采用楔鐵和絲杠離線調(diào)節(jié)輥縫，不能對軋輥間隙和軋制力進行實時在線調(diào)節(jié)，成本比較低，能夠軋制對稱涂布的電池極片，如圖2。

　　圖2極片軋機實物照

　　這種軋機的輥縫由可變厚度的中間斜楔調(diào)整，調(diào)隙原理：在軋輥兩端的軸承座之間各有兩塊斜面相貼的調(diào)隙斜鐵。通常固定其中一塊較薄的稱為靜斜鐵，移動另一塊較厚的稱為動斜鐵，當兩塊斜鐵在斜面方向上有相對位移時，組合出不同的厚度，進而有了不同輥縫。如圖3所示。一般使用步進電機帶動斜鐵滑塊運動的機構(gòu)，把步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為軋輥之間距離的調(diào)整，其結(jié)構(gòu)圖見圖4。在用伺服電機驅(qū)動斜鐵移動時，為了能更直觀看到的輥縫，所以調(diào)整斜鐵到軋輥兩端縫隙剛好為零，把斜鐵的這個位置稱為原點，并安裝一個限位開關(guān)稱為原點開關(guān)。

　　圖3斜楔調(diào)隙示意圖

　　圖4縫隙部分步進電機機械結(jié)構(gòu)

　　圖5斜楔式電池極片軋機示意圖

　　圖5是斜楔式電池極片軋機受力示意圖，液壓缸壓力F作用在軋輥兩側(cè)的軸承座上，極片軋制時，液壓缸壓力F分解為作用在楔鐵上的力和作用在極片上的有效軋制力。軋制基本過程為：設(shè)電池極片進入軋機前，軋機加壓液壓缸的壓力為零時，預(yù)調(diào)節(jié)輥縫值S0。利用氣液增壓泵加壓后，軋輥軸承座以及楔鐵將會被壓縮，兩軸承座中心距離將會縮短，由于軋輥不會接觸，所有的壓力將會作用在楔鐵上，設(shè)縮短的距離為x0，液壓缸預(yù)緊力為F，則：

　　由此式可知液壓缸壓力F、預(yù)調(diào)節(jié)輥縫S0、來料厚度H等對極片有效軋制力P和輥壓厚度h的影響。將上下輥系的彈性變形曲線A、電池極片的塑性變形曲線B和軸承座與楔鐵彈性變形曲線C畫在同一圖中，如圖6所示，O點所對應(yīng)的橫縱坐標就分別是有效軋制力和極片軋出厚度。

　　圖6帶楔鐵的彈塑性曲線疊加的有效軋制力-輥壓厚度圖

　　工藝參數(shù)調(diào)節(jié)要點

　　但是，在帶楔鐵的軋機中，設(shè)定的液壓缸壓力F并不是完全作用在極片上，而是分解為作用在楔鐵上的力和作用在極片上的有效軋制力兩部分。而且分量隨著輥壓參數(shù)設(shè)定不同而不一樣。

　?。?）液壓缸壓力F保持不變時，輥縫調(diào)定不同的值，如果預(yù)輥縫S0比較小時，軸承座與楔鐵脫開，壓力全部作用在極片上，預(yù)輥縫由小增加直至某臨界值之前，輥壓厚度都不會變化，但這種情況不是很穩(wěn)定。超過臨界值，預(yù)輥縫S0繼續(xù)增加，作用在極片上的有效軋制力不斷減小，極片厚度增加。

　?。?）預(yù)調(diào)定輥縫S0比較合適且不變時，如果液壓缸的壓力F調(diào)定值小于某一個值，在軋輥輥壓極片時，軸承座就會與楔鐵脫開，壓力全部作用在極片上，隨著油缸壓力增加，作用在極片上的有效軋制力也增加，輥壓厚度減小。但液壓缸壓力大于此值后，油缸壓力繼續(xù)增大，增大的壓力基本消耗在楔鐵上了，有效軋制力增加不明顯。

　　（3）輥縫和液壓缸壓力設(shè)定不變，軋制不同厚度的電池極片。來料厚度變小時，輥壓厚度也隨之減小，但是損耗在楔鐵上的壓力增大，而有效軋制力減小，涂層壓實密度不會保持恒定。

　　（4）目前，氣液增壓泵加壓式極片軋機的實際使用過程中，沒有一個統(tǒng)一的調(diào)節(jié)輥縫與液壓缸壓力的方法。調(diào)定一個比較小的輥縫，液壓缸液壓小一些；或者調(diào)定一個較大的輥縫，液壓缸壓力增大些，都能軋出同樣厚度的電池極片。為了使液壓缸的壓力得到有效的利用，減少壓力增加導(dǎo)致的系統(tǒng)能量損失，應(yīng)該使消耗在楔鐵上的壓力盡量減小，但是為了有一定的富裕度，可以使得油缸壓力略大于所需軋制力，可以根據(jù)下式算出所需要的預(yù)輥縫：

　　3、液壓伺服加壓式極片軋機

　　AGC（AutomaticGaugeControl）軋機是一種具有在線自動厚度調(diào)節(jié)技術(shù)的極片軋機，目前最先進的是全液壓壓下調(diào)節(jié)裝置。液壓伺服控制加壓式極片軋機不再使用楔鐵調(diào)節(jié)輥縫值，液壓缸壓力能夠完全作用在電池極片上，為了能夠?qū)崟r控制作用在電池極片上壓力和液壓缸活塞位置，加壓系統(tǒng)采用閥控缸的液壓伺服控制系統(tǒng)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，能夠滿足很嚴格的厚度精度要求，可實現(xiàn)恒壓力、恒間隙軋制。傳遞的力和功率大的液壓伺服控制系統(tǒng)的引入使得極片軋機能夠?qū)崿F(xiàn)壓力和輥縫的在線實時調(diào)節(jié)，軋制單雙層交替涂布的極片時，單層部分也能得到比較好的軋制效果，使得軋制極片的質(zhì)量大大提高。軋制過程中有桿腔通過減壓閥、溢流閥和蓄能器的組合保持一個恒定壓力。上下軸承座之間有四個柱塞缸，通過減壓閥和溢流閥的組合保持恒壓以平衡上輥系的重量。

　　機座的剛度采用軋輥壓靠法測定，確定過程具體如下：兩軋輥之間沒有電池極片、軋輥空轉(zhuǎn)的情況下，上軋輥慢慢壓下，使上下軋輥直接接觸壓靠。軋輥接觸壓靠后，控制液壓伺服缸，使上軋輥繼續(xù)下降，使軋機工作機座產(chǎn)生彈性變形。然后控制上軋輥慢慢上升，兩軋輥慢慢分開，測量軋制力和液壓缸體與活塞相對位置的對應(yīng)關(guān)系。缸體與活塞相對位置的變化反應(yīng)的就是工作機座的彈性變形。

　　圖7液壓伺服加壓式電池極片軋機示意圖

　　液壓伺服系統(tǒng)加壓式電池極片軋機加壓機構(gòu)示意圖如圖7，液壓壓力全部作用在極片上，有效軋制力P為：

　　其中，K為整個機架的剛度，h為輥壓厚度，S0為預(yù)調(diào)節(jié)輥縫。

　　液壓伺服加壓式極片軋機能夠?qū)崟r控制作用在電池極片上壓力和液壓缸活塞位置，具備恒壓力、恒輥縫兩種軋制模式。

　　恒輥縫軋制

　　圖8恒輥縫(100μm)軋制實驗曲線

　　如圖8所示，當軋輥從電池極片有漿料部分輥壓到無漿料的過程中，因為電池極片的突然變薄，上軋輥會突然下降然后快速恢復(fù)的原位置，軋機機座的彈性變形減小，軋制力也相應(yīng)減小。當軋輥從電池極片的基帶部分輥壓到有漿料部分的過程中，上軋輥會突然上升然后下壓到要求的位置，軋機機座的彈性變形增大，軋制力也相應(yīng)增大。但總體來看，位移波動不是很大。

　　目前甚至出現(xiàn)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)位置控制環(huán)（APC）是的核心控制環(huán)節(jié)，其輸出為軋輥的實際位置或稱實際輥縫，即現(xiàn)恒輥縫軋制。外環(huán)為極片厚度控制環(huán)，實時在線檢測極片厚度，厚度反饋信號用來修正位置環(huán)的輥縫設(shè)定值，通過液壓伺服控制，使軋輥快速動作，以達到迅速消除厚差的目的。

　　恒壓力軋制

　　圖9恒軋制力（單側(cè)400KN）軋制實驗曲線

　　如圖9所示，當軋輥從電池極片有漿料部分輥壓到無漿料部分的過程中，因為電池極片的突然變薄，軋制力會有一個減小的波動，再快速恢復(fù)到設(shè)定值，上軋輥也相應(yīng)下降。當軋輥從電池極片的基帶部分輥壓到有漿料部分的過程中，軋制力會有個增大的波動，再快速恢復(fù)到設(shè)定值，上軋輥也相應(yīng)上升。但總體來看，壓力波動不是很大。

　　由于軋機兩側(cè)機械結(jié)構(gòu)制造裝配的不完全對稱、傳動側(cè)與傳動軸相連、電池極片在輥系間的位置也不能保證在中間，位置的變化有一定差別。由于電池極片負載的特殊性，如何克服在過極片間隙時，減小壓力的波動等問題還有待進一步解決。