El procés de laminació, realitzat en elèctrodes de bateries d'ions de liti-després del recobriment i l'assecat, és un pas crucial en el procés de fabricació. En poques paraules, el laminat és un procés que utilitza la pressió d'un laminador d'alt -tonatge per compactar el recobriment de material actiu solt i porós del col·lector actual (alumini o paper de coure) en una pel·lícula fina densa.
Aquest pas és indispensable principalment per als propòsits bàsics següents:
1. Augment de la densitat energètica
Aquest és el propòsit més directe. Després del recobriment, el material actiu de la superfície de l'elèctrode (com l'òxid de cobalt de liti, fosfat de ferro de liti, grafit, etc.) es troba en un estat agregat granular solt, amb nombrosos buits entre les partícules.
Efecte: Mitjançant la compactació de rodatge, els buits entre partícules es redueixen, augmentant la massa de material actiu que es pot acomodar per unitat de volum, augmentant així directament la densitat d'energia volumètrica de la cèl·lula. Es pot empaquetar més energia a l'espai cel·lular limitat.
2. Reducció de la resistència interna i millora del rendiment de la taxa
La resistència interna d'una bateria afecta directament la seva velocitat de càrrega i descàrrega i la generació de calor.
Resistència de contacte:Abans de rodar, els punts de contacte entre les partícules de material actiu i entre el material actiu i el col·lector de corrent són només físics, donant lloc a un llarg camí de transport d'electrons i una alta resistència. Després de rodar, les partícules s'aplanen i es reorganitzen, formant un contacte superficial o un contacte puntual més estret, construint una xarxa conductora estable. Simultàniament, la força d'unió entre la capa de material actiu i el col·lector de corrent es millora significativament. Això redueix considerablement la resistència interna òhmica de la bateria, permetent que els electrons es moguin ràpidament, donant suport a la càrrega i descàrrega actuals-elevades (rendiment d'alta-velocitat) i reduint la generació de calor durant la càrrega i la descàrrega.
3. Cicle de vida millorat
Si l'elèctrode no s'enrotlla o està insuficientment compactat, s'enfrontarà a problemes d'estabilitat durant els cicles de càrrega i descàrrega de la bateria.
Supressió de la delaminació:El rodatge millora la força de pelatge entre el recobriment i el col·lector de corrent. Si el recobriment està solt, és propens a separar-se de la làmina o polveritzar-se durant els cicles repetits de càrrega i descàrrega (inserció i extracció d'ions de liti-que provoquen l'expansió del volum i la contracció del material actiu), donant lloc a una ràpida decadència de la capacitat.
Estabilitat estructural:Una estructura d'elèctrode densa restringeix millor els canvis de volum del material actiu durant el cicle, mantenint la integritat de l'estructura de l'elèctrode i allargant així la durada de la bateria.
ACEY-HRP100màquina de premsar rotllosés adequat principalment per a l'enrotllament elèctric de materials de bateries al laboratori, una petita quantitat de materials de metalls preciosos com l'or i la plata, i materials no-ferrosos com el coure i l'alumini a una determinada temperatura. El gruix de rodament és ajustable i el funcionament és senzill. És especialment adequat per aprimar i augmentar la densitat de plaques de pols de bateries de liti de materials d'energia neta.
4. Controlar la uniformitat del gruix i els processos posteriors
Uniformitat de gruix:El procés de bobinat o apilament imposa requisits extremadament estrictes sobre la tolerància de gruix de les làmines d'elèctrode. Si les làmines d'elèctrode no s'enrotllen, el gruix del recobriment fluctua molt i la superfície és desigual, cosa que fa que la desalineació sigui probable durant el bobinat posterior. Durant l'apilament, el gruix desigual pot perforar el separador, provocant un risc de curtcircuit.
Reducció de gruix:El gruix de les làmines d'elèctrode enrotllades sol ser només del 60% al 80% del gruix del recobriment original. Això estalvia espai per als processos de bobinat/apilament posteriors, cosa que és beneficiós per a la miniaturització cel·lular.
5. Optimització de la porositat
Enrotllar no es tracta de pressionar el més dens possible; més aviat, es tracta de controlar la porositat dins d'un rang raonable.
Balanç clau:Una porositat adequada (normalment un 25%-35% per als ànodes-d'ions de liti i un 20%-30% per als càtodes) garanteix un espai suficient d'emmagatzematge d'electròlits, garantint canals de transport suaus d'ions de liti entre les fases sòlida i líquida (conductivitat iònica) i una conductivitat electrònica suficient. El rodatge és un mitjà crucial per aconseguir aquest equilibri entre la conductivitat electrònica i la iònica.
En conclusió:Sense el procés de formació de rotlles, l'elèctrode tindrà una estructura "-com una esponja". Aquests elèctrodes no només tenen una baixa densitat d'energia, sinó que també pateixen una conductivitat electrònica deficient i una connexió feble amb el col·lector de corrent, cosa que els fa propensos a problemes com ara una alta polarització, generació de calor severa, revestiment de liti (elèctrode negatiu) i vessament de pols durant la càrrega i descàrrega. Això fa que les bateries no compleixin els requisits de seguretat i de vida útil del cicle comercial.
Nota addicional:Tot i que la formació de bobines és crítica, la densitat de compactació s'ha de controlar amb precisió en funció de diferents sistemes de materials (per exemple, el fosfat de ferro de liti és sensible a la compactació, mentre que els materials ternaris requereixen un equilibri de duresa). La-compressió excessiva condueix a una porositat excessivament baixa, cosa que dificulta la humectació dels electròlits i dificulta el transport d'ions de liti-, que és perjudicial per al rendiment de la bateria i fins i tot pot causar fragilitat i trencament dels elèctrodes en casos greus. Per tant, el procés de conformació de rotlles és sovint un aspecte bàsic del control de qualitat.