Electrodo de batería de iones de litio: control del proceso y precauciones del proceso de laminación

1. Introducción a la máquina prensadora de rodillos.

Prensa de rodillos a batería es un dispositivo para enrollar electrodos de batería y es uno de los equipos clave para la fabricación de baterías de litio. Su objetivo principal es aumentar la capacidad de descarga de la batería, reducir la resistencia interna, reducir la pérdida de polarización, extender el ciclo de vida de la batería y mejorar la tasa de utilización de las baterías de iones de litio compactando los materiales activos en el electrodo de la batería. En el proceso de producción, los electrodos de la batería de litio generalmente se compactan mediante una máquina prensadora de baterías, de modo que el electrodo pueda adaptarse mejor al proceso de carga y descarga de la batería, mejorando así la densidad de energía y la estabilidad de la batería. La prensa de rodillos juega un papel clave en la fabricación de baterías de litio y sus parámetros técnicos afectan directamente la calidad y el rendimiento de la batería.

2.Propósito de rodar

Necesidad de rodar: Después de recubrir y secar el electrodo, la resistencia al pelado entre el material activo y la lámina colectora de corriente es muy baja. En este momento, es necesario enrollarlo para mejorar la fuerza de unión entre el material activo y la lámina para evitar que se despegue durante la inmersión en electrolitos y el uso de la batería.

Los propósitos de la rodadura son los siguientes:

Asegúrese de que la superficie del electrodo sea lisa y plana para evitar que las rebabas en la superficie del recubrimiento perforen el diafragma y provoquen un cortocircuito.

Compacte el material de recubrimiento del electrodo para reducir el volumen del electrodo y aumentar la densidad de energía de la batería.

Haga que el material activo y las partículas del agente conductor entren en contacto más estrechamente para mejorar la conductividad electrónica.

Mejore la fuerza de unión entre el material de recubrimiento y el colector de corriente, reduzca la pérdida de polvo durante el ciclo del electrodo de la batería y mejore el ciclo de vida y el rendimiento de seguridad de la batería.

3. Proceso y control de laminación de piezas polares.

proceso rodante

El proceso de hacer rodar el electrodo de la batería es que la fricción entre el rodillo y el electrodo de la batería empuja el electrodo de la batería hacia el rodillo giratorio, y el electrodo de la batería se comprime y deforma. El rodamiento del electrodo de la batería es diferente al rodamiento del bloque de acero. El proceso de laminación de acero es un proceso en el que las moléculas de hierro se extienden longitudinalmente y se expanden horizontalmente, y su densidad no cambia durante el proceso de laminación; mientras que el rodamiento del electrodo de la batería es un proceso en el que se compacta el material de la batería en las placas positiva y negativa. Cuando se enrolla el electrodo de la batería, la fuerza de rodadura no debe ser demasiado grande ni demasiado pequeña y debe estar en línea con las características del material del electrodo de la batería.

La Región I es la primera etapa: En esta etapa, cuando la fuerza de rodadura comienza a aumentar gradualmente, la densidad del electrodo aumenta rápidamente. Esto se debe a que en esta etapa, las partículas del material del electrodo se desplazan y se llena la estructura de poros. La primera etapa generalmente se denomina etapa deslizante. Esta etapa es la etapa con la tasa más rápida de aumento en la densidad del electrodo entre las tres etapas.

La Región II es la segunda etapa: debido a que la estructura de poros del material del electrodo se llena en la primera etapa, la densidad del material de recubrimiento del electrodo ha alcanzado un valor fijo y aparece una cierta resistencia a la deformación por compresión cuando el electrodo se enrolla en la segunda etapa. En comparación con la primera etapa, aunque la fuerza de rodadura continúa aumentando en esta etapa, la tasa de aumento en la densidad del electrodo ha disminuido. Desde un punto de vista microscópico, esto se debe a que el desplazamiento de las partículas de material de recubrimiento del electrodo en esta etapa ya es muy pequeño, pero el gran movimiento de desplazamiento de las partículas de material de recubrimiento aún no ha comenzado.

La Región III se divide en la tercera etapa: cuando la fuerza de rodadura excede un cierto tamaño, la densidad del electrodo de la batería comienza a aumentar con el aumento de la fuerza de rodadura, y luego la tasa de aumento disminuye gradualmente. Esto se debe a que cuando la fuerza de rodadura excede un cierto valor, el desplazamiento de las partículas del material de recubrimiento del electrodo comienza gradualmente y la densidad del electrodo comienza a aumentar nuevamente. Cuando la fuerza de laminación aumenta hasta un cierto valor, la deformación del material de recubrimiento del electrodo es más severa, lo que resulta en un endurecimiento por trabajo. Si la fuerza de rodadura continúa aumentando en este momento, es más difícil que el material de recubrimiento del electrodo se deforme más. Por lo tanto, al final, a medida que la fuerza de rodadura continúa aumentando, la densidad del electrodo no aumenta mucho y el aumento también se reduce.

4. Problemas y soluciones en el proceso de laminación

Espesor desigual del electrodo: Hay muchos factores que causan un espesor desigual del rodamiento del electrodo, como un espesor desigual del recubrimiento del electrodo, error de coaxialidad del rodillo, error cilíndrico del rodillo, barra colectora de contacto no paralela del rodillo, deformación por desviación axial del rodillo, Mala rigidez y estabilidad del equipo rodante, etc. El espesor lateral es desigual. Durante el proceso de laminado del electrodo, el espesor de las láminas de los electrodos izquierdo y derecho suele ser inconsistente. Cuando el grosor del electrodo es inconsistente en los lados izquierdo y derecho, primero se debe eliminar la influencia del proceso de recubrimiento del electrodo. Cuando el espesor del electrodo que no ha sido laminado es consistente en los lados izquierdo y derecho, la presión de laminado debe ajustarse en los lados izquierdo y derecho para garantizar que la densidad de compactación del electrodo sea constante después del laminado. El electrodo debe probarse a tiempo durante el proceso de laminación para evitar que la presión cambie durante el proceso de laminación. El espesor longitudinal es desigual. A veces, el electrodo cumple los requisitos después del laminado, pero el espesor aumenta durante el corte. Este es el fenómeno de rebote del electrodo. El electrodo rebota porque hay más agua dentro del electrodo y la velocidad es demasiado rápida durante el rodamiento. El problema del rebote del electrodo se puede resolver utilizando un proceso de rodillo caliente y controlando la velocidad de laminado.

El electrodo tiene curvatura en forma de hoz: Esta situación se debe principalmente a que los dos rodillos que hacen contacto con las barras colectoras no son paralelos o a que el espesor del recubrimiento del electrodo en ambos lados es diferente. Dado que el espesor del borde es varias micras o más de diez micras mayor que la parte media, cuando se aplica la presión del rodillo al electrodo, el área con un mayor espesor del borde soporta una mayor fuerza de rodadura, lo que conduce a una densidad lateral inconsistente de la compactación por rodadura del electrodo. , lo que provocará una grave deformación del electrodo después del laminado y también tendrá un efecto adverso en el proceso de corte posterior. Para controlar la deformación, la clave es controlar la calidad del recubrimiento del electrodo. Al controlar parámetros como la tensión superficial de la lechada, la presión de la bomba, la velocidad de la correa y la presión de rodamiento, se puede reducir eficazmente la deformación del electrodo. Por supuesto, esto está bajo la condición de cumplir con los requisitos de diseño.

El electrodo tiene bordes ondulados: Esta situación se debe principalmente a la gran tasa de alargamiento durante el proceso de laminación del electrodo. El incentivo es el pequeño diámetro del cuerpo del rodillo, la pequeña tensión antes de rodar el electrodo, la gran compresión del espesor del electrodo, las protuberancias en ambos lados del recubrimiento del electrodo, etc. Cuando se enrolla el electrodo, las sustancias activas se aprietan entre sí. entre sí y ejercen una cierta presión sobre la lámina de cobre y la lámina de aluminio, lo que provocará una cierta extensión. Durante el laminado, la pieza sin recubrimiento de material activo no se estiró, mientras que el electrodo con material activo se estiró bajo la presión del rodillo. El estiramiento desigual formó en apariencia arrugas onduladas en el borde de la tira de lámina, y las marcas de ondas paralelas eran perpendiculares a la dirección de movimiento de la tira de lámina.

Aparecieron rayas oscuras en la superficie del electrodo: Esta situación es causada principalmente por marcas de vibración en la superficie del rodillo, un gran error cilíndrico del cuerpo del rodillo y una tensión frontal pequeña y desigual.

Rizado del electrodo: Esta situación es causada por un alargamiento excesivo del electrodo. La solución es principalmente aumentar el diámetro del cuerpo del rodillo, reducir la compresión del electrodo, ajustar la tensión delantera y trasera del electrodo, etc.

El electrodo tiene correa rota: Esta situación se debe principalmente a una tensión desigual e inestable, a la falta de un mecanismo de respuesta rápida de tensión y a un grave abultamiento del borde del revestimiento del electrodo. Por ejemplo, durante el proceso de recubrimiento, si hay pequeñas partículas y otras texturas desiguales en la superficie del electrodo, las pequeñas partículas serán exprimidas hacia la tira de lámina bajo la presión de los rodillos dobles durante el laminado. Las partículas más blandas pueden triturarse hasta convertirse en polvo y luego caerse, mientras que las partículas más duras apretarán la tira de aluminio, provocando agujeros en la tira de aluminio o incluso su rotura. Durante el proceso de recubrimiento, si la densidad de la superficie del electrodo es diferente, una pieza se laminará demasiado y la otra se laminará insuficientemente durante el proceso de laminación. Durante el proceso de funcionamiento de la cinta del electrodo, bajo el mismo control de tensión, algunos materiales activos se caerán o incluso romperán la lámina en lugares donde la presión del rodillo es insuficiente. Controlar la tensión del devanado y evitar que caigan partículas grandes sobre la superficie del electrodo puede reducir eficazmente la rotura del electrodo.

La tensión en ambos lados del electrodo es diferente: Esta situación se debe principalmente al no paralelismo del eje del rodillo y el eje de cada rodillo, que se puede solucionar ajustando el paralelismo de cada eje del rodillo.

Hay picaduras en la superficie del rodillo: Esta situación son las picaduras por fatiga en la superficie del rodillo, que son causadas principalmente por el material desigual del rodillo y la estructura metalográfica del tratamiento térmico, la mala resistencia a la fatiga de la superficie del rodillo y también está relacionada con la rugosidad de la superficie del rodillo.

Rebote del espesor del laminado de la lámina polar: Esta situación se debe principalmente a una gran deformación elástica residual de la lámina polar después del laminado y a una alta humedad ambiental. Puede intentar laminar en caliente, laminar lentamente, laminar a alta velocidad, reducir la humedad relativa ambiental y otras medidas.

Desigualdad de la placa de la hoja polar: Esta situación es causada principalmente por una deformación desigual por rodadura de la lámina polar, una tensión delantera y trasera pequeña y desigual o un error en el espesor del revestimiento de la lámina polar.

En resumen, la máquina prensadora de rodillos con batería de litio desempeña un papel vital en la fabricación de baterías de litio. No solo mejora el rendimiento y la calidad de la batería, sino que también reduce los costos de producción y brinda soporte y garantía para el desarrollo de la tecnología de baterías de litio.

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