Процесс прокатки электродов литий-ионных аккумуляторов после нанесения покрытия и сушки является решающим этапом производственного процесса. Проще говоря, прокатка — это процесс, в котором давление высокотоннажного прокатного стана используется для уплотнения рыхлого пористого активного материала покрытия токоприемника (алюминиевой или медной фольги) в плотную тонкую пленку.
Этот шаг необходим в первую очередь для достижения следующих основных целей:
1. Увеличение плотности энергии
Это самая прямая цель. После нанесения покрытия активный материал на поверхности электрода (например, оксид лития-кобальта, фосфат лития-железа, графит и др.) находится в рыхлом, зернистом агрегатном состоянии, с многочисленными пустотами между частицами.
Эффект: за счет уплотнения прокаткой пустоты между частицами уменьшаются, увеличивая массу активного материала, которую можно разместить в единице объема, тем самым напрямую увеличивая объемную плотность энергии клетки. Больше энергии можно упаковать в ограниченное пространство клетки.
2. Снижение внутреннего сопротивления и улучшение скоростных показателей.
Внутреннее сопротивление аккумулятора напрямую влияет на скорость его зарядки и разрядки, а также на выделение тепла.
Контактное сопротивление:Перед прокаткой точки контакта между частицами активного материала и между активным материалом и токосъемником являются чисто физическими, что приводит к длинному пути переноса электронов и высокому сопротивлению. После прокатки частицы сплющиваются и перестраиваются, образуя поверхностный контакт или более плотный точечный контакт, образуя стабильную проводящую сеть. Одновременно значительно увеличивается сила связи между слоем активного материала и токосъемником. Это значительно снижает омическое внутреннее сопротивление аккумулятора, позволяя электронам двигаться быстро, тем самым поддерживая зарядку и разрядку с высоким-током (высокая-скоростная производительность) и уменьшая выделение тепла во время заряда и разряда.
3. Улучшенный срок службы
Если электрод не скручен или недостаточно уплотнен, у него возникнут проблемы со стабильностью во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора.
Подавление расслоения:Прокатка увеличивает прочность на отслаивание между покрытием и токосъемником. Если покрытие неплотное, оно склонно отслаиваться от фольги или распыляться во время повторяющихся циклов зарядки и разрядки (вставка и извлечение ионов лития, вызывающих расширение и сжатие объема активного материала), что приводит к быстрому снижению емкости.
Структурная стабильность:Плотная структура электрода лучше ограничивает изменения объема активного материала во время езды на велосипеде, сохраняя целостность структуры электрода и, таким образом, продлевая срок службы батареи.
ACY-HRP100машина для прессования рулоновв основном подходит для электрической прокатки аккумуляторных материалов в лаборатории, небольшого количества материалов из драгоценных металлов, таких как золото и серебро, и цветных-материалов, таких как медь и алюминий, при определенной температуре. Толщина прокатки регулируется, а операция проста. Он особенно подходит для утончения и увеличения плотности полюсных пластин литиевых батарей из экологически чистых энергетических материалов.
4. Контроль однородности толщины и последующие процессы
Однородность толщины:Процесс намотки или укладки предъявляет чрезвычайно строгие требования к допускам по толщине электродных листов. Если электродные листы не раскатаны, толщина покрытия сильно колеблется, а поверхность становится неровной, что делает вероятным перекос при последующей намотке. Во время штабелирования материалы разной толщины могут повредить сепаратор, что приведет к риску короткого замыкания.
Уменьшение толщины:Толщина прокатанных электродных листов обычно составляет всего 60-80% от толщины исходного покрытия. Это экономит место для последующих процессов намотки/укладки, что полезно для миниатюризации ячеек.
5. Оптимизация пористости
Раскатывание – это не максимально плотное нажатие; скорее, речь идет о контроле пористости в разумных пределах.
Ключевой баланс:Подходящая пористость (обычно 25%-35% для литий-ионных анодов и 20–30% для катодов) обеспечивает как достаточное пространство для хранения электролита, гарантируя плавные каналы транспортировки литий-ионов между твердой и жидкой фазами (ионная проводимость), так и достаточную электронную проводимость. Профилирование валков является важнейшим средством достижения баланса между электронной и ионной проводимостью.
В заключение:Без процесса профилирования электрод будет иметь структуру, напоминающую губку. Такие электроды не только имеют низкую плотность энергии, но также страдают от плохой электронной проводимости и слабой связи с токосъемником, что делает их склонными к таким проблемам, как высокая поляризация, сильное выделение тепла, литийное покрытие (отрицательный электрод) и осыпание порошка во время зарядки и разрядки. Это приводит к тому, что батареи не соответствуют требованиям коммерческого цикла и безопасности.
Дополнительное примечание:Хотя профилирование имеет решающее значение, необходимо точно контролировать плотность прессования в зависимости от различных систем материалов (например, фосфат лития-железа чувствителен к уплотнению, тогда как тройные материалы требуют баланса прочности). Чрезмерное-сжатие приводит к чрезмерно низкой пористости, что затрудняет смачивание электролита и затрудняет перенос ионов лития-, что отрицательно сказывается на работе аккумулятора и в тяжелых случаях может даже привести к хрупкости и поломке электрода. Поэтому процесс профилирования часто является ключевым аспектом контроля качества.