Lítium-iónové batérie sú široko používané v rôznych oblastiach, ako sú elektrické vozidlá, spotrebná elektronika, skladovanie energie a letecký priemysel. Výkon a kvalita lítium-iónových batérií závisí od materiálov elektród a metód ich spracovania. Jedným z kľúčových procesov pri výrobe elektród je kalandrovanie, čo je stláčanie suspenzie elektródy potiahnutej na fóliu zberača prúdu dvojicou valcov. Kalandrovanie môže zlepšiť hustotu, vodivosť, priľnavosť a mechanickú pevnosť elektródy, ako aj znížiť hrúbku a pórovitosť. Kalandrovanie má však aj určité nevýhody, ako je praskanie, delaminácia, akumulácia napätia a strata kapacity. Preto je dôležité optimalizovať parametre kalandrovania a vybrať vhodné zariadenie pre rôzne typy a špecifikácie elektród.
A batériový elektródový kalandrovací stroj(valcovací lis)je zariadenie, ktoré pozostáva z dvoch alebo viacerých valcov, ktoré sa otáčajú v opačných smeroch a vyvíjajú tlak na materiál, ktorý nimi prechádza. Existujú rôzne typy kalandrovacích strojov, ako sú dvojvalcové, trojvalcové, štvorvalcové a viacvalcové kalandry. Spomedzi nich je dvojvalcový kalander najbežnejšie používaný na kalandrovanie elektród lítium-iónových batérií. Dvojvalcový kalander má dva valcové valce s nastaviteľnou medzerou a prítlakom. Elektródová fólia je privádzaná do medzery a stláčaná valčekmi. Hrúbku a hustotu elektródy je možné regulovať nastavením medzery a tlaku.
Rozsah použitia dvojvalcového kalandrovacieho stroja pre elektródy lítium-iónových batérií závisí od niekoľkých faktorov, ako je materiál elektródy, metóda nanášania, hrúbka povlaku, materiál valca, priemer valca, rýchlosť valca a teplota valca. Všeobecne povedané, dvojvalcový kalandrovací stroj je vhodný pre elektródy so strednou hrúbkou povlaku (10-50 mikrónov), vysokou hustotou (1.5-2 g/cm3) a nízkou pórovitosťou (30-40 percent). Materiál valčeka by mal byť tvrdý a hladký, ako napríklad oceľ alebo chrómovaná oceľ. Priemer valca by mal byť dostatočne veľký, aby sa zabránilo nadmernému ohybovému namáhaniu fólie elektródy. Rýchlosť valca by mala byť v súlade s rýchlosťou podávania, aby sa zabránilo skĺznutiu alebo roztrhnutiu. Teplota valca by sa mala udržiavať na izbovej teplote alebo mierne vyššej, aby sa zabránilo tepelnej expanzii alebo kontrakcii elektródy.
Princíp činnosti dvojvalcového kalandrovacieho stroja pre elektródy lítium-iónových batérií je založený na teórii elasticko-plastickej deformácie. Keď elektródová fólia vstúpi do medzery medzi valcami, podstúpi najskôr elastickú deformáciu, čo znamená, že po vyložení môže obnoviť svoj pôvodný tvar. Keď sa tlak zvyšuje, elektródová fólia dosiahne medzu klzu a podlieha plastickej deformácii, čo znamená, že si po odľahčení zachová určitú trvalú deformáciu. Plastická deformácia môže znížiť hrúbku a zvýšiť hustotu elektródy. Ak je však tlak príliš vysoký, môže spôsobiť nezvratné poškodenie štruktúry a vlastností elektródy, ako je praskanie, delaminácia alebo strata kapacity.
Funkcia zariadeniaelektróda batériekalandrovací strojpre elektródy lítium-iónových batérií je zlepšiť výkon a kvalitu elektród optimalizáciou ich fyzikálnych parametrov. Použitím dvojvalcového kalandrovacieho stroja je možné dosiahnuť:
- Vyššia hustota:Kalandrovanie môže zvýšiť hustotu balenia častíc aktívneho materiálu a znížiť prázdny priestor medzi nimi. To môže zlepšiť vodivosť, kapacitu a životnosť elektródy.
- Nižšia hrúbka:Kalandrovaním možno zmenšiť hrúbku elektródy a zvýšiť jej špecifickú kapacitu (kapacitu na jednotku plochy). To môže znížiť hmotnosť a objem batérie a zlepšiť jej energetickú hustotu.
- lepšia priľnavosť:Kalandrovanie môže zvýšiť adhéziu medzi vrstvou aktívneho materiálu a fóliou zberača prúdu, ako aj medzi rôznymi vrstvami elektródy (ako je spojivo, vodivá prísada a separátor). To môže zlepšiť mechanickú pevnosť a stabilitu elektródy.
- Rovnomerná pórovitosť:Kalandrovanie môže vytvoriť rovnomernú distribúciu pórov v elektróde, čo môže uľahčiť infiltráciu elektrolytu a transport iónov. To môže zlepšiť výkon a bezpečnosť batérie.
