Lithium-iontové baterie jsou široce používány v různých oblastech, jako jsou elektrická vozidla, spotřební elektronika, skladování energie a letecký průmysl. Výkon a kvalita lithium-iontových baterií závisí na materiálech elektrod a metodách jejich zpracování. Jedním z klíčových procesů při výrobě elektrod je kalandrování, což je stlačování elektrodové suspenze nanesené na fólii sběrače proudu dvojicí válců. Kalandrování může zlepšit hustotu, vodivost, adhezi a mechanickou pevnost elektrody, stejně jako snížit tloušťku a poréznost. Kalandrování má však také některé nevýhody, jako je praskání, delaminace, akumulace napětí a ztráta kapacity. Proto je důležité optimalizovat parametry kalandrování a vybrat vhodné zařízení pro různé typy a specifikace elektrod.
A bateriový elektrodový kalandrovací stroj(válcovací lis)je zařízení, které se skládá ze dvou nebo více válců, které se otáčejí v opačných směrech a vyvíjejí tlak na materiál, který jimi prochází. Existují různé typy kalandrovacích strojů, jako jsou dvouválcové, tříválcové, čtyřválcové a víceválcové kalandry. Mezi nimi je nejběžněji používaný dvouválcový kalandr pro elektrodové kalandrování lithium-iontových baterií. Dvouválcový kalandr má dva válcové válce s nastavitelnou mezerou a přítlakem. Fólie elektrody je přiváděna do mezery a stlačována válci. Tloušťku a hustotu elektrody lze ovládat nastavením mezery a tlaku.
Rozsah použití dvouválcového kalandrovacího stroje pro elektrody lithium-iontových baterií závisí na několika faktorech, jako je materiál elektrody, způsob povlakování, tloušťka povlaku, materiál válce, průměr válce, rychlost válce a teplota válce. Obecně řečeno, dvouválcový kalandrovací stroj je vhodný pro elektrody se střední tloušťkou povlaku (10-50 mikronů), vysokou hustotou (1.5-2 g/cm3) a nízkou porézností (30-40 procent). Materiál válečku by měl být tvrdý a hladký, jako je ocel nebo chromovaná ocel. Průměr válečku by měl být dostatečně velký, aby se zabránilo nadměrnému ohybovému namáhání fólie elektrody. Rychlost válce by měla odpovídat rychlosti podávání, aby nedošlo k prokluzování nebo roztržení. Teplota válce by měla být udržována na pokojové teplotě nebo mírně vyšší, aby se zabránilo tepelné roztažnosti nebo kontrakci elektrody.
Princip činnosti dvouválcového kalandrovacího stroje pro elektrody lithium-iontových baterií je založen na teorii elasticko-plastické deformace. Když elektrodová fólie vstoupí do mezery mezi válečky, podstoupí nejprve pružnou deformaci, což znamená, že po odlehčení může obnovit svůj původní tvar. Jak se tlak zvyšuje, elektrodová fólie dosáhne své meze kluzu a podstoupí plastickou deformaci, což znamená, že si po odlehčení zachová určitou trvalou deformaci. Plastická deformace může snížit tloušťku a zvýšit hustotu elektrody. Pokud je však tlak příliš vysoký, může způsobit nevratné poškození struktury a vlastností elektrody, jako je praskání, delaminace nebo ztráta kapacity.
Funkce zařízeníelektroda bateriekalandrovací strojpro elektrody lithium-iontových baterií je zlepšit výkon a kvalitu elektrod optimalizací jejich fyzikálních parametrů. Použitím dvouválcového kalandrovacího stroje lze dosáhnout:
- Vyšší hustota:Kalandrování může zvýšit hustotu balení částic aktivního materiálu a snížit prázdný prostor mezi nimi. To může zlepšit vodivost, kapacitu a životnost elektrody.
- Nižší tloušťka:Kalandrováním lze zmenšit tloušťku elektrody a zvýšit její specifickou kapacitu (kapacitu na jednotku plochy). To může snížit hmotnost a objem baterie a zlepšit její energetickou hustotu.
- Lepší přilnavost:Kalandrování může zlepšit adhezi mezi vrstvou aktivního materiálu a fólií sběrače proudu, stejně jako mezi různými vrstvami elektrody (jako je pojivo, vodivá přísada a separátor). To může zlepšit mechanickou pevnost a stabilitu elektrody.
- Jednotná pórovitost:Kalandrování může vytvořit rovnoměrnou distribuci pórů v elektrodě, což může usnadnit infiltraci elektrolytu a transport iontů. To může zlepšit rychlost a bezpečnost baterie.
