Eletrodo de bateria de íon-lítio: controle de processo e precauções do processo de laminação

1. Introdução à prensa de rolos

Prensa de rolo de bateria é um dispositivo para rolar o eletrodo da bateria e é um dos principais equipamentos para a fabricação de baterias de lítio. Seu principal objetivo é aumentar a capacidade de descarga da bateria, reduzir a resistência interna, reduzir a perda de polarização, prolongar o ciclo de vida da bateria e melhorar a taxa de utilização das baterias de íons de lítio, compactando os materiais ativos no eletrodo da bateria. No processo de produção, os eletrodos de bateria de lítio são geralmente compactados por uma prensa rolante de bateria, para que o eletrodo possa se adaptar melhor ao processo de carga e descarga da bateria, melhorando assim a densidade de energia e a estabilidade da bateria. A prensa de rolos desempenha um papel fundamental na fabricação de baterias de lítio e seus parâmetros técnicos afetam diretamente a qualidade e o desempenho da bateria.

2. Finalidade da laminação

Necessidade de rolar: Depois que o eletrodo é revestido e seco, a resistência ao descascamento entre o material ativo e a folha coletora de corrente é muito baixa. Neste momento, é necessário enrolá-lo para aumentar a força de ligação entre o material ativo e a folha para evitar o descascamento durante a imersão em eletrólito e o uso da bateria.

Os objetivos da rolagem são os seguintes:

Certifique-se de que a superfície do eletrodo seja lisa e plana para evitar que rebarbas na superfície do revestimento perfurem o diafragma e causem um curto-circuito.

Compacte o material de revestimento do eletrodo para reduzir o volume do eletrodo e aumentar a densidade de energia da bateria.

Faça com que o material ativo e as partículas do agente condutor entrem em contato mais próximo para melhorar a condutividade eletrônica.

Aumente a força de ligação entre o material de revestimento e o coletor de corrente, reduza a ocorrência de perda de pó durante o ciclo do eletrodo da bateria e melhore o ciclo de vida e o desempenho de segurança da bateria.

3. Processo e controle de laminação de peças polares

Processo de laminação

O processo de enrolar o eletrodo da bateria é que o eletrodo da bateria é puxado para dentro do rolo giratório pela fricção entre o rolo e o eletrodo da bateria, e o eletrodo da bateria é comprimido e deformado. A laminação do eletrodo da bateria é diferente da laminação do bloco de aço. O processo de laminação de aço é um processo no qual as moléculas de ferro se estendem longitudinalmente e se expandem horizontalmente, e sua densidade não muda durante o processo de laminação; enquanto o rolamento do eletrodo da bateria é um processo no qual o material da bateria nas placas positiva e negativa é compactado. Quando o eletrodo da bateria é enrolado, a força de rolamento não deve ser muito grande ou muito pequena e deve estar alinhada com as características do material do eletrodo da bateria.

A região I é a primeira etapa: nesta fase, quando a força de rolamento começa a aumentar gradualmente, a densidade do eletrodo aumenta rapidamente. Isso ocorre porque nesta etapa as partículas do material do eletrodo são deslocadas e a estrutura dos poros é preenchida. O primeiro estágio é geralmente chamado de estágio deslizante. Este estágio é o estágio com a taxa mais rápida de aumento na densidade do eletrodo entre os três estágios.

A Região II é a segunda etapa: como a estrutura de poros do material do eletrodo é preenchida no primeiro estágio, a densidade do material de revestimento do eletrodo atingiu um valor fixo e uma certa resistência à deformação por compressão aparece quando o eletrodo é enrolado no segundo estágio. Comparado com o primeiro estágio, embora a força de rolamento continue a aumentar neste estágio, a taxa de aumento na densidade do eletrodo diminuiu. Do ponto de vista microscópico, isso ocorre porque o deslocamento das partículas do material de revestimento do eletrodo nesta etapa já é muito pequeno, mas o grande movimento de deslocamento das partículas do material de revestimento ainda não começou.

A Região III está dividida na terceira etapa: quando a força de rolamento excede um determinado tamanho, a densidade do eletrodo da bateria começa a aumentar com o aumento da força de rolamento e, então, a taxa de aumento diminui gradualmente. Isso ocorre porque quando a força de rolamento excede um determinado valor, o deslocamento das partículas do material de revestimento do eletrodo começa gradualmente e a densidade do eletrodo começa a aumentar novamente. Quando a força de laminação aumenta para um determinado valor, a deformação do material de revestimento do eletrodo é mais severa, resultando em endurecimento por trabalho. Se a força de rolamento continuar a aumentar neste momento, será mais difícil para o material de revestimento do eletrodo se deformar ainda mais. Portanto, no final, à medida que a força de rolamento continua a aumentar, a densidade do eletrodo não aumenta muito e o aumento também é reduzido.

4. Problemas e soluções no processo de laminação

Espessura irregular do eletrodo: Existem muitos fatores que causam espessura irregular do rolamento do eletrodo, como espessura irregular do revestimento do eletrodo, erro de coaxialidade do rolo, erro cilíndrico do rolo, barramento de contato não paralelo do rolo, deformação por deflexão axial do rolo, baixa rigidez e estabilidade do equipamento de laminação, etc. A espessura lateral é irregular. Durante o processo de laminação do eletrodo, a espessura das folhas esquerda e direita do eletrodo é frequentemente inconsistente. Quando a espessura do eletrodo é inconsistente nos lados esquerdo e direito, a influência do processo de revestimento do eletrodo deve ser eliminada primeiro. Quando a espessura do eletrodo que não foi laminado é consistente nos lados esquerdo e direito, a pressão de laminação deve ser ajustada nos lados esquerdo e direito para garantir que a densidade de compactação do eletrodo seja consistente após a laminação. O eletrodo deve ser testado a tempo durante o processo de laminação para evitar que a pressão mude durante o processo de laminação. A espessura longitudinal é irregular. Às vezes, o eletrodo atende aos requisitos após a laminação, mas a espessura aumenta durante o corte. Este é o fenômeno de rebote do eletrodo. O eletrodo ricocheteia porque há mais água dentro do eletrodo e a velocidade é muito rápida durante o rolamento. O problema de rebote do eletrodo pode ser resolvido usando um processo de rolo quente e controlando a velocidade de laminação.

O eletrodo possui curvatura em foice: Esta situação é causada principalmente pelo fato de os dois rolos em contato com os barramentos não serem paralelos ou a espessura do revestimento do eletrodo em ambos os lados ser diferente. Como a espessura da borda é de vários mícrons ou mais de dez mícrons maior que a parte intermediária, quando a pressão do rolo é aplicada ao eletrodo, a área com grande espessura da borda suporta maior força de rolamento, o que leva a uma densidade lateral inconsistente da compactação de rolamento do eletrodo , resultando em grave deformação do eletrodo após a laminação e também terá um efeito adverso no processo de corte subsequente. Para controlar o empenamento, a chave é controlar a qualidade do revestimento do eletrodo. Ao controlar parâmetros como tensão superficial da pasta, pressão da bomba, velocidade da correia e pressão de rolamento, o empenamento do eletrodo pode ser efetivamente reduzido. Claro, isso ocorre sob a condição de atender aos requisitos de projeto.

O eletrodo possui bordas onduladas: Esta situação é causada principalmente pela grande taxa de alongamento durante o processo de laminação do eletrodo. O incentivo é o pequeno diâmetro do corpo do rolo, a pequena tensão antes do rolamento do eletrodo, a grande compressão da espessura do eletrodo, as protuberâncias em ambos os lados do revestimento do eletrodo, etc. outro e exercer uma certa pressão sobre a folha de cobre e a folha de alumínio, o que causará uma certa extensão. Durante a laminação, a peça sem revestimento de material ativo não esticou, enquanto o eletrodo com material ativo esticou sob a pressão do rolo. O estiramento irregular formou rugas onduladas na borda da tira de papel alumínio, e as marcas de ondas paralelas eram perpendiculares à direção do movimento da tira de papel alumínio.

Listras escuras apareceram na superfície do eletrodo: Esta situação é causada principalmente por marcas de vibração na superfície do rolo, grande erro cilíndrico do corpo do rolo, tensão frontal pequena e irregular.

Curvatura do eletrodo: Esta situação é causada pelo alongamento excessivo do eletrodo. A solução é principalmente aumentar o diâmetro do corpo do rolo, reduzir a compressão do eletrodo, ajustar a tensão dianteira e traseira do eletrodo, etc.

O eletrodo quebrou a correia: Esta situação é causada principalmente por tensão irregular e instável, falta de mecanismo de resposta rápida de tensão e protuberância grave na borda do revestimento do eletrodo. Por exemplo, durante o processo de revestimento, se houver pequenas partículas e outras texturas irregulares na superfície do eletrodo, as pequenas partículas serão espremidas em direção à tira de folha metálica sob a pressão dos rolos duplos durante a laminação. Partículas mais macias podem ser transformadas em pó e depois cair, enquanto partículas mais duras comprimirão a tira de papel alumínio, causando buracos na tira de papel alumínio ou até mesmo quebrando a tira de papel alumínio. Durante o processo de revestimento, se a densidade superficial do eletrodo for diferente, uma peça será laminada demais e a outra peça será laminada insuficiente durante o processo de laminação. Durante o processo de passagem da fita do eletrodo, sob o mesmo controle de tensão, alguns materiais ativos cairão ou até quebrarão a folha em locais onde a pressão do rolo é insuficiente. Controlar a tensão do enrolamento e evitar que partículas grandes caiam na superfície do eletrodo pode efetivamente reduzir a quebra do eletrodo.

A tensão em ambos os lados do eletrodo é diferente: Esta situação é causada principalmente pelo não paralelismo do eixo do rolo e do eixo de cada rolo, que pode ser resolvido ajustando o paralelismo de cada eixo do rolo.

Existem corrosão na superfície do rolo: Esta situação é a corrosão por fadiga na superfície do rolo, que é causada principalmente pelo material irregular do rolo e pela estrutura metalográfica do tratamento térmico, baixa resistência à fadiga da superfície do rolo e também está relacionada à rugosidade da superfície do rolo.

Recuperação da espessura do rolamento da folha de pólo: Esta situação é causada principalmente pela grande deformação elástica residual da folha polar após a laminação e pela alta umidade ambiental. Você pode tentar laminação a quente, laminação lenta, laminação em alta velocidade, redução da umidade relativa ambiental e outras medidas.

Desigualdade da placa de pólo: Esta situação é causada principalmente pela deformação de rolamento irregular da folha do pólo, tensão frontal e traseira pequena e irregular ou erro de espessura do revestimento da folha do pólo.

Em resumo, a prensa de rolos para bateria de lítio desempenha um papel vital na fabricação de baterias de lítio. Não só melhora o desempenho e a qualidade da bateria, mas também reduz os custos de produção e fornece suporte e garantia para o desenvolvimento da tecnologia de baterias de lítio.

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