锂电工程师必看：粒径分布如何让辊压工艺“事倍功半”？

锂电工程师常因极片辊压后厚度反弹、电阻不均而头疼？问题的根源或许藏在粉体粒径里！

为什么同样的辊压工艺，有的极片能达到高压实密度且结构完整，有的却出现破裂或孔隙不均？ 粉体粒径大小及分布正是幕后关键！它通过调控颗粒接触网络、孔隙结构及力学行为，直接决定辊压后极片的导电性、压实密度与电化学性能。优化粒径设计，方能解锁极片性能极限！

极片辊压原理

1.粒径大小对压实性能的影响

小颗粒

粒径较小的颗粒在辊压过程中更容易形成均匀的接触网络，增加颗粒间接触数量（配位数CN），从而提高压实密度和导电性。

小颗粒的比表面积较大，辊压时易发生破裂，可能导致孔隙率降低但副反应风险增加（如循环寿命缩短）。

在传热方面，小颗粒涂层温度分布更均匀，界面热阻更低，有利于热导率提升。

大颗粒

大颗粒（如NMC正极）表现出更强的抗压实性，需要更高的辊压力才能变形。

大颗粒接触面积较大，可能降低内部热阻，但配位数较少，导致传热路径减少。

不同粒径石墨负极的配位数及与集流体接触的颗粒数

2.粒径分布对辊压工艺的影响

宽分布颗粒

宽粒径分布的粉体更容易压实，因其能更有效地填充空隙，减少孔隙率，所需辊压力较小。例如，混合不同粒径的颗粒可优化堆垛结构，提高压实效率。

在石墨负极中，宽分布的颗粒通过减小孔径和增加有效导热路径，改善极片性能。

窄分布颗粒

粒径分布较窄的粉体压实阻抗较大，需更高压力才能达到相同压实密度，可能导致颗粒破裂风险增加。

3.对极片力学与电化学性能的影响

压实密度与孔隙率

小颗粒和宽分布颗粒通过减少孔隙率（如从45%降至25%），提高压实密度（如从2.2 g/cm³增至3.2 g/cm³），从而增强电子导电性。

但过度压实（孔隙率<20%）可能导致离子传输受阻，影响电解液浸润和倍率性能。

结构稳定性

小颗粒组成的极片变形更均匀，弯曲度低，结构稳定性高；而大颗粒在高压下易破裂或融合为二次颗粒，可能形成闭孔，影响离子传输。

4.工艺参数的相互作用

辊压压力粒径分布较宽时，相同线载荷下可达到更高压实密度（如正极线载荷0.5 kN/mm时，宽分布颗粒压实密度比窄分布高10%）。

辊径与速度小辊径或低速辊压更适合小颗粒，因其可延长变形区接触时间，促进颗粒重排；大辊径则更适用于大颗粒的均匀压实。

5.实际应用中的优化方向

正极（如NMC）优先采用小颗粒（平均粒径<10 μm）结合宽分布（如D10/D90=4.21/9.86 μm），以平衡压实密度与颗粒完整性。

负极（如石墨）可通过宽分布颗粒（如D10/D90=10.46/27.35 μm）降低压实阻抗，同时控制辊压压力避免过度破碎。

总结

粉体的粒径大小及分布通过影响颗粒接触网络、孔隙结构和力学行为，直接决定了极片辊压后的压实密度、导电性及电化学性能。小颗粒和宽分布颗粒的组合可优化压实效率与结构均匀性，但需避免过度压实导致的副反应风险。实际生产中需结合材料特性（如NMC的硬度、石墨的塑性）调整辊压参数（压力、辊径、温度），以实现极片性能的最优调控。

以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！

参考资料（锂电解码资料库可下载）

1.锂离子电池极片辊压变形微结构演化与性能调控基础研究，张俊鹏

2.锂离子电池极片辊压微观结构演化与过程建模，张俊鹏

3.电池工艺简介

原文标题:锂电工程师必看粒径分布如何让辊压工艺“事倍功半”？