В процессе производства литий-ионных аккумуляторов оборудование для вальцования (также известное как вальцовальный станок) играет ключевую роль в определении физических характеристик электродов, а его техническое совершенствование напрямую влияет на такие основные показатели, как энергетическая плотность, циклический ресурс и безопасность аккумуляторов. Процесс вальцевания происходит после нанесения покрытия и сушки. Благодаря воздействию высокого давления на электродные пластины частицы активного материала плотно прилегают к токопроводящему слою (медной или алюминиевой фольге), что позволяет повысить плотность электрода, снизить пористость и улучшить проводимость. Этот процесс оказывает многогранное влияние на конечные характеристики батареи:
- Надлежащее уплотнение позволяет увеличить содержание активного материала на единицу объема, повышая энергетическую плотность;
- Чрезмерное уплотнение может затруднить пропитку электролитом, увеличить внутреннее сопротивление и даже вызвать риск выделения лития. Давайте вместе познакомимся с вальцовочным прессом.
По вопросам планов закупок и консультаций по техническим параметрам роликовых прессов просим обращаться к Сяовэю по электронной почте: sales@xiaoweitop.com.
I. История развития
Техническое развитие вальцовочного оборудования прошло путь от механической регулировки к гидравлическому управлению и далее к интеллектуальному управлению с замкнутым контуром. В ранних моделях вальцовочных прессов зазор между вальцами в основном регулировался вручную с помощью винтовых или клиновых блоков, что обеспечивало ограниченную точность регулирования давления (около ±5 %). После 2010 года, с бурным ростом рынка новых энергетических автомобилей, гидравлические сервосистемы и управление с помощью ПЛК постепенно стали широко применяться, что позволило повысить точность регулирования давления до ±0,5 %, а точность регулирования зазора между вальцами — до ±1–2 мкм. По последним данным за 2025 год, объем мирового рынка оборудования для вальцования электродов литиевых аккумуляторов достиг 11,13 млрд юаней; ожидается, что к 2031 году он увеличится до 19,23 млрд юаней, а среднегодовой темп роста составит около 8,6%. Китай занимает ключевую позицию в этой производственной цепочке: в 2022 году 63,6% автомобилей на новых источниках энергии, проданных во всем мире, пришлось на долю Китая, что привело к резкому росту спроса на оборудование для производства литиевых аккумуляторов на внутреннем рынке.
II. Принцип работы
2.1. Суть работы оборудования для вальцования заключается в том, чтобы под воздействием высокого давления и сдвиговых сил трения вызвать пластическую деформацию материала электродов. Рабочий процесс можно разделить на четыре последовательных этапа:
Этап подачи и направления: нанесенные покрытием и высушенные электроды разворачиваются с помощью размоточного устройства (механизма размотки), их положение корректируется с помощью устройства выравнивания, что обеспечивает поступление электродов в зазор между валками под перпендикулярным углом. На этом этапе необходимо поддерживать стабильное натяжение (обычно 10–20 Н), чтобы избежать образования складок на электроде.
Этап высокодавления: при прохождении через клиновидную зону (Nip Zone), образованную двумя параллельными валками, электрод подвергается линейному давлению до 60–100 кН/см. В этой зоне частицы активного материала смещаются в трехмерном пространстве: крупные частицы дробится и измельчаются, связующее вещество (PVDF/SBR) перераспределяется, а электропроводник образует сплошную сеть. Этот процесс должен завершиться за миллисекунды, скорость вращения валков обычно регулируется в пределах 1–6 м/мин.
Этап упругого восстановления: после выхода электроды из зазора между валками происходит частичное упругое восстановление (коэффициент упругого восстановления составляет около 15–30 %), в результате чего фактическая толщина оказывается немного больше заданного зазора между валками. Технология горячего вальцования позволяет значительно подавить упругое восстановление за счет поддержания температуры валков (80–120 °C), благодаря чему плотность уплотнения становится ближе к теоретическому значению.
Этап намотки и мониторинга: толщина уплотнённых полюсных пластин измеряется с помощью встроенного измерителя толщины (например, β-лучевого или лазерного датчика); данные передаются в систему ПЛК для динамической регулировки зазора между валками или давления. В конечном итоге пластины наматываются намоточным механизмом для подготовки к процессу резки. Схема обработки на валках
2.2. Основной рабочий процесс
- Регулирование натяжения: динамическое согласование натяжения при размотке и намотке (±2%) предотвращает растяжение и деформацию полюсных пластин; для обеспечения замкнутого цикла регулирования натяжения в оборудовании используется магнитопорошковый тормоз.
- Регулировка зазора между валками: шаговый двигатель приводит в движение шариковую винтовую пару (точность ±0,5 мкм), что в сочетании с обратной связью от датчиков давления обеспечивает динамическую компенсацию зазора между валками.
- Онлайн-контроль: лазерный толщиномер (точность ±1 мкм) в режиме реального времени контролирует толщину электродов; при обнаружении отклонений происходит автоматическая остановка оборудования и корректировка параметров
III. Типы вальцовочных машин В зависимости от механизма создания
давления и способа регулирования температуры основные типы вальцовочного оборудования можно разделить на три категории, каждая из которых обладает уникальными преимуществами и сферами применения:
3.1. Использование сервомотора и редуктора для привода червячного механизма, обеспечивающего прямое управление зазором между валками с помощью механической силы.
3.2. Система, создающая плавное давление с помощью гидравлического цилиндра и аккумулятора; её технологические преимущества заключаются в точном давлении, интеллектуальном мониторинге и широкой совместимости.
markdown 
3.3. Система горячей прокатки, в которой на основе традиционной прокатки интегрирован нагревательный модуль (масляный нагрев или электромагнитная индукция), позволяющий поддерживать температуру поверхности валков на уровне 80–150 °C.
III. Принцип прокатки
Часть первая: Основные контрольные параметры прокатки
Прокатка имеет четыре основных параметра:
Усилие прокатки
Усилие прокатки — это общее давление, оказываемое прокатным станком на полюсный лист, измеряемое в тоннах (т). Недостаточное усилие прокатки → Недостигается требуемая плотность уплотнения, полюсный лист получается слишком толстым. Слишком большое усилие прокатки → Разрушение частиц, деформация фольги, разрыв полюсного листа.
Эмпирическое суждение: полюсный лист после выхода из валков должен быть ровным и иметь легкий блеск. Появление мелких трещин на поверхности свидетельствует о слишком большом усилии прокатки.Зазор между валками
Минимальный зазор между двумя валками, определяющий конечную толщину полюса.
Толщина полюса после выхода из валков ≠ величина зазора между валками. Это связано с упругой восстановляемостью покрытия (после выхода из валков оно отскакивает и становится толще).Скорость прокатки
Скорость прохождения полюса через валковый пресс, обычно 10–50 м/мин.
Чем выше скорость → тем короче время пребывания полюса в зазоре между валками → тем незначительно снижается эффективность уплотнения. Колебания скорости = колебания толщины.
Часть вторая: «Дилемма» валкового прессования — отскок и удлинение
Отскок толщины
После выхода полюса из валков происходит восстановление упругой деформации частиц в покрытии, в результате чего полюс становится немного толще, чем во время нахождения в зазоре между валками.
Уроки производственной линии: толщина продолжает увеличиваться в течение 5–10 минут после выхода из валков. Перед измерением конечной толщины следует дождаться, пока отскок практически завершится.
Растяжение полюсного листа
Во время прокатки полюсный лист «растягивается» в направлении движения ленты.
Нормы контроля: коэффициент растяжения < 1 %. Превышение 1 % означает чрезмерное растяжение полюсного листа и снижение плотности поверхности.
Опыт производственной линии: Растяжение и отскок представляют собой противоречивую пару — уменьшение давления прокатки снижает растяжение, но усиливает отскок. Ключом к качественному процессу является поиск оптимального сочетания этих трех факторов.
Часть третья: Двусторонняя прокатка и многопроходная прокатка
Двусторонняя прокатка — что прокатывать сначала: сторону A или сторону B?
Электродная пластина проходит через прокатный станок дважды — сначала прокатывается сторона A, затем сторона B. При прокатке стороны B сторона A подвергается вторичному утоньшению.
· Метод компенсации по прокатам — при прокатке стороны A в первом прокате оставляют припуск 3–5 мкм
· Метод асимметричного прокатного усилия — при прокатке стороны B прокатное усилие уменьшают на 5–10 %
· Стандарт производственной линии: после двусторонней прокатки разница в толщине сторон A и B должна быть < 3 мкм
Многопроходная прокатка — при степени прокатки > 40 % рекомендуется разделить процесс на два прохода. В первом проходе достигается 85–90 % от заданной плотности уплотнения, во втором — заданное значение.
Часть 4: Контроль качества полюсных пластин после прокатки
Полюсные пластины после прокатки должны пройти ряд проверок; только после подтверждения соответствия требованиям качества они могут поступать на следующий этап производства.
Контроль толщины — обязателен в каждой смене
Онлайн-контроль: лазерный толщиномер в режиме реального времени измеряет распределение толщины по ширине, при выходе за пределы допуска срабатывает автоматическая сигнализация.
Офлайн-выборочный контроль: контактный микрометр измеряет толщину в 5–9 точках по ширине, не менее 3 раз за смену.
Критерии приемлемости: толщина = заданное значение ± 2–3 мкм.Повторный контроль плотности поверхности — подтверждение плотности уплотнения
С помощью перфоратора извлекается круглый образец диаметром 50 мм → взвешивание → вычитание массы фольги → расчёт плотности уплотнения.
Не менее 3 точек на каждую партию. Отклонение в одной точке > 2 % от заданного значения указывает на проблемы с однородностью.Контроль внешнего вида — визуальный осмотр + CCD
Визуальный осмотр на наличие трещин, царапин, прилипших частиц, светлых/тёмных пятен на покрытии. CCD-камера выявляет дефекты в режиме реального времени.
Критерии приемлемости: отсутствие видимых невооруженным глазом трещин, отсутствие вмятин или выпуклостей диаметром > 0,5 мм, отсутствие зазубрин по краям.Испытание на прочность отрыва — сила сцепления покрытия с фольгой
Клейкая лента 3M наклеивается на поверхность покрытия → испытательная машина для определения силы растяжения отрывает ленту со скоростью 50 мм/мин → регистрируется сила отрыва.
Критерии приемлемости (ориентировочные значения): положительный электрод NCM > 15 Н/м, положительный электрод LFP > 12 Н/м, отрицательный электрод графит > 10 Н/м.
Быстрая оценка: при отсутствии испытательной машины вручную наклейте и сорвите ленту 3M — если покрытие отклеилось на большой площади, образец не соответствует требованиям.Испытание на пропитку электролитом — соответствие пористости нормативам
Вставьте электрод вертикально в электролит на глубину 5 мм → зафиксируйте время, необходимое для подъема уровня жидкости на 10 мм.
Критерии приемлемости: NCM < 60 с, LFP < 90 с, графит < 120 с.
Опыт производственной линии: с каждым увеличением плотности уплотнения на 0,1 г/см³ скорость впитывания жидкости снижается примерно на 20–30 %.Испытание на гибкость — не возникают ли трещины при намотке
Электрод наматывают на круглые стержни разного диаметра и наблюдают за появлением трещин в покрытии.
Критерии приемлемости: аккумуляторы для электромобилей — Φ5 мм без трещин, аккумуляторы для цифровых устройств — Φ3 мм без трещин.Подтверждение времени отскока
Непрерывная регистрация толщины в течение 15 минут после выхода из валков — если через 10 минут скорость изменения толщины составляет < 0,5 %/мин, показатель считается стабильным.
Резюме — «Семь обязательных правил» технологии прокатки
Плотность уплотнения — ключевой показатель: с каждым увеличением на 0,1 г/см³ плотность энергии увеличивается на 2–3 %, но ресурс циклов снижается на 5–10 % (в зависимости от материала).
Отскок и растяжимость — это пара противоречий: уменьшение прокаточного усилия снижает растяжимость, но увеличивает отскок. Нахождение точки равновесия — залог хорошей технологии.
Полезность горячих валков больше, чем можно себе представить: при температуре 80–100 °C отскок значительно снижается. Однако при температуре > 130 °C происходит прилипание к валкам.
Толщина после выхода из валков ещё не стабилизировалась — отскок в основном завершается только через 5–10 минут. Перед измерением конечной толщины следует немного подождать.
Коэффициент растяжимости должен быть < 1 % — при превышении 1 % плотность поверхности снижается. Если его невозможно снизить, необходимо заранее компенсировать это при нанесении покрытия.
При двухстороннем прокатывании следует учитывать вторичное сжатие стороны A — при прокатывании стороны B сторона A подвергается вторичному утоньшению; разница в толщине между сторонами должна быть < 3 мкм.
При степени прокатки > 40 % следует разделить процесс на два прохода — это уменьшает вероятность растрескивания и отскока, но производительность снижается вдвое. 4. Температура валков (горячие валки vs холодные валки)
Top comments (0)