压片厚度太厚时,容易使电池内活性物质量减少,单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大,从而造成电池的容量降低。
压片厚度太薄时,容易造成电池内的活性物质量增加,极片表面有效面积减小,从而造成活性材料的浪费和大电流的困难。
在锂电池生产中,压片(即电极涂层在辊压后的厚度)绝非一个孤立的工艺参数, 而是深刻影响电池多重性能的关键因子:
1.能量密度的博弈:
●提升潜力:在活性物质比容量不变的情况下,适当减薄压片厚度意味着相同体积的电池壳内可容纳更长的电极片
(增加卷绕或叠片层数) ,从而显著提升体积能量密度。更薄的电极也利于减轻重量,提高重量能量密度。
●性能天花板:压片厚度过薄会导致活性物质载量不足,反而限制能量密度提升上限。同时,过薄电极机械强度降
低,易在辊压或后续工序中破损。
2.离子传输与倍率性能的瓶颈:
●核心矛盾:锂离子必须在电解液中穿过电极孔隙从表面迁移至活性颗粒内部(或反之)。度增加直接导致锂
离子迁移路径显著延长。
●倍率性能恶化:在中高倍率充放电时,厚电极内部离子浓度梯度增大,浓差极化急剧上升,表现为电压骤降、发热
严重可用容量大幅缩水,严重限制快充快放能力。
3.内阻构成的此消彼长:
●欧姆内阻(电子传导) :辊压增加压实密度, 通常能改善颗粒间接触,降低电子传导的欧姆内阻。
●极化内阻(离子传导) :片度增加是离子传输阻抗的主要来源。厚电极孔隙曲折度更高、有效离子电导率更
低,尤其在快充/低温下,离子传导受阻成为内阻主导因素,大幅提升总内阻。
4.电解液浸润与分布的隐患:
●浸润困难:厚电极固有的长程孔隙结构使得电解液初始浸润速度变慢、难度增加,易产生未浸润区。
●循环补给不足: 长期充放电过程中,厚电极深处消耗的电解液难以及时补充,导致局域浓度极化激增、副反应加速
(如不均匀的SEI增厚、锂沉积), 加速容量衰减和寿命终结。
5.机械应力与循环寿命的挑战:
●力集中:锂离子嵌入脱出伴随活性颗粒体积膨胀收缩(如硅负极、高镍三元)。在厚电极中,这种体积变化在垂
直于集流体的方向上产生的累积应力更大,更易导致颗粒破裂、电极结构粉化,粘结剂网络疲劳失效,最终引发活性
物质剥落、内阻激增和容量跳水。
●副反应温床:浸润不良的区域成为副反应热点,持续消耗活性锂和电解液,损害循环寿命。