Litium-ion-batterier er mye brukt i ulike felt, for eksempel elektriske kjøretøy, forbrukerelektronikk, energilagring og romfart. Ytelsen og kvaliteten til litium-ion-batterier avhenger av elektrodematerialene og deres behandlingsmetoder. En av nøkkelprosessene i elektrodeproduksjon er kalandrering, som er komprimeringen av elektrodeslurryen belagt på strømkollektorfolien av et par ruller. Kalandrering kan forbedre tettheten, ledningsevnen, adhesjonen og den mekaniske styrken til elektroden, samt redusere tykkelsen og porøsiteten. Imidlertid har kalandrering også noen ulemper, slik som sprekker, delaminering, spenningsakkumulering og kapasitetstap. Derfor er det viktig å optimalisere kalandreringsparametrene og velge riktig utstyr for forskjellige elektrodetyper og spesifikasjoner.
A batterielektrodekalandreringsmaskin(rullepressemaskin)er en enhet som består av to eller flere ruller som roterer i motsatte retninger og legger press på materialet som passerer gjennom dem. Det finnes ulike typer kalandreringsmaskiner, for eksempel to-rull, tre-rull, fire-rull og multi-roll kalendere. Blant dem er to-rulle-kalenderen den mest brukte for litium-ion-batterielektrodekalandrering. En to-rullskalender har to sylindriske ruller med justerbar spalte og trykk. Elektrodefolien mates inn i gapet og komprimeres av rullene. Tykkelsen og tettheten til elektroden kan kontrolleres ved å justere gapet og trykket.
Bruksomfanget til to-rulle-kalandreringsmaskinen for litiumion-batterielektroder avhenger av flere faktorer, for eksempel elektrodematerialet, belegningsmetode, beleggtykkelse, rullemateriale, rullediameter, rullehastighet og rulletemperatur. Generelt sett er to-rulle-kalandreringsmaskinen egnet for elektroder med moderat beleggtykkelse (10-50 mikron), høy tetthet (1,5-2 g/cm3) og lav porøsitet (30-40 prosent). Rullematerialet skal være hardt og glatt, for eksempel stål eller forkrommet stål. Rullediameteren bør være stor nok til å unngå for stor bøyebelastning på elektrodefolien. Valsehastigheten bør matches med matehastigheten for å unngå glidning eller riving. Rulletemperaturen bør holdes ved romtemperatur eller litt høyere for å unngå termisk ekspansjon eller sammentrekning av elektroden.
Arbeidsprinsippet til to-rulle-kalandreringsmaskinen for litiumion-batterielektroder er basert på elastisk-plastisk deformasjonsteori. Når elektrodefolien kommer inn i gapet mellom rullene, gjennomgår den elastisk deformasjon først, noe som betyr at den kan gjenopprette sin opprinnelige form etter lossing. Når trykket øker, når elektrodefolien sitt flytegrense og gjennomgår plastisk deformasjon, noe som gjør at den beholder en viss permanent deformasjon etter lossing. Den plastiske deformasjonen kan redusere tykkelsen og øke tettheten til elektroden. Men hvis trykket er for høyt, kan det forårsake irreversibel skade på elektrodestrukturen og egenskapene, som sprekker, delaminering eller kapasitetstap.
Utstyrsfunksjonen tilbatterielektrodekalandreringsmaskinfor litium-ion batterielektroder er å forbedre ytelsen og kvaliteten til elektrodene ved å optimalisere deres fysiske parametere. Ved å bruke en to-rulls kalandreringsmaskin kan man oppnå:
- Høyere tetthet:Kalandrering kan øke pakningstettheten til de aktive materialpartiklene og redusere tomrommet mellom dem. Dette kan forbedre elektrodens ledningsevne, kapasitet og sykluslevetid.
- Lavere tykkelse:Kalandrering kan redusere tykkelsen på elektroden og øke dens spesifikke kapasitet (kapasitet per arealenhet). Dette kan redusere vekten og volumet til batteriet og forbedre energitettheten.
- Bedre vedheft:Kalandrering kan forbedre adhesjonen mellom det aktive materialelaget og strømkollektorfolien, så vel som mellom forskjellige lag av elektroden (som bindemiddel, ledende additiv og separator). Dette kan forbedre den mekaniske styrken og stabiliteten til elektroden.
- Ensartet porøsitet:Kalandrering kan skape en jevn porefordeling i elektroden, noe som kan lette elektrolyttinfiltrasjonen og ionetransporten. Dette kan forbedre hastighetsytelsen og sikkerheten til batteriet.
