فرآیند تولید باتری لیتیوم یون: فرآیند پرس رول

1 اصل و هدف فرآیند نورد

فرآیند نورد به این صورت است که مخلوطی از مواد الکترود مثبت و منفی باتری ها را با مواد فعال، عوامل رسانا، بایندرها و غیره رول می کنیم تا یک ساختار متراکم تشکیل شود. هدف اصلی از پرس غلتکی صاف و مسطح نگه داشتن سطح قطعه قطب و جلوگیری از اتصال کوتاه احتمالی باتری ناشی از سوراخ شدن سوراخ جداکننده بر روی سطح قطعه قطب است. برای کاهش حجم الکترود و بهبود چگالی انرژی باتری، مواد الکترود پوشش داده شده روی کلکتور جریان الکترود را فشرده کنید. تماس بین ماده فعال و ذرات عامل رسانا را محکم تر کنید و رسانایی الکترونیکی را بهبود بخشید. افزایش استحکام پیوند بین مواد پوشش و کلکتور جریان، کاهش وقوع اتلاف پودر در طول فرآیند چرخش الکترودهای باتری، و بهبود عمر چرخه و عملکرد ایمنی باتری‌های لیتیومی.

2 فرآیند پرس رول

1. آماده سازی مواد:مواد الکترود مثبت و منفی باتری را با مخلوطی از عوامل رسانا، چسباننده و غیره بر روی فویل آلومینیومی یا فویل مسی با توجه به نیاز فرآیند بپوشانید.

2. راه اندازی پرس غلتکی:قطعات قطب مثبت و منفی باتری را در پرس غلتکی قرار دهید و فشار، کشش و سرعت غلتک را برای انطباق با اندازه فرآیند و نیاز باتری تنظیم کنید.

3. فرآیند نورد:دستگاه نورد شروع به کار می کند و غلتک ها صفحات الکترود مثبت و منفی باتری را فشار می دهند و باعث می شود ماده فعال با مخلوطی از عوامل رسانا، چسباننده و غیره تحت واکنش های فیزیکی قرار گیرد و ساختار متراکمی را تشکیل دهد و ضخامت تراکم لازم را به دست آورد. برای فرآیند

3 عوامل موثر بر اثر فرآیند نورد

1. فشار و سرعت غلتک:فشار و سرعت غلتک عوامل مهمی هستند که بر اثربخشی فرآیند نورد تاثیر می گذارند. فشار بیش از حد بر روی غلتک می تواند باعث تغییر شکل بیش از حد مواد الکترود مثبت و منفی باتری شود و بر عمر چرخه باتری تأثیر بگذارد. سرعت بیش از حد غلتک می تواند منجر به فشردگی ناکافی مخلوط مواد الکترود مثبت و منفی، مواد فعال، عوامل رسانا، بایندرها و غیره در باتری شود و بر چگالی انرژی باتری تأثیر بگذارد.

2. خواص مواد الکترود مثبت و منفی:مواد مختلف الکترود مثبت و منفی دارای چگالی تراکم متفاوتی هستند و پارامترهای نورد مناسب برای پردازش باید انتخاب شوند.

3. خواص مخلوط مواد فعال با عوامل رسانا، چسباننده و غیره:غلظت و ترکیب مخلوط مواد فعال با عوامل رسانا، بایندرها و غیره می تواند بر ضخامت نورد صفحات الکترود مثبت و منفی باتری تأثیر بگذارد.

4. عملکرد پرس غلتکی:عملکرد پرس غلتکی نیز بر اثر فرآیند نورد تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، دقت، پایداری و سیستم کنترل یک پرس غلتکی می تواند بر کیفیت و کارایی پرس غلتکی تأثیر بگذارد.

4 تأثیر فرآیند نورد بر عملکرد باتری

1. چگالی انرژی:در طول فرآیند نورد، چرخ غلتکی مواد الکترود مثبت و منفی باتری را فشرده می کند و ضخامت صفحات الکترود مثبت و منفی را کاهش می دهد و در نتیجه چگالی انرژی باتری را افزایش می دهد.

2. عمر چرخه:در طول فرآیند نورد، چرخ غلتکی مواد الکترود مثبت و منفی باتری را فشار می دهد، چسبندگی پودر الکترود مثبت و منفی را بهبود می بخشد، ساختار و پایداری مواد الکترود مثبت و منفی باتری را بهبود می بخشد، مقاومت و ظرفیت داخلی را کاهش می دهد. تخریب باتری و در نتیجه بهبود عمر چرخه باتری.

3. ایمنی:فرآیند نورد می تواند سطح تماس بین مواد الکترود مثبت و منفی باتری و مخلوط مواد فعال، عوامل رسانا، بایندرها و غیره را افزایش دهد و در نتیجه سرعت واکنش و راندمان انتقال شارژ باتری را بهبود بخشد و ایمنی آن را افزایش دهد.

4. مقاومت داخلی:فرآیند نورد می تواند شبکه رسانای الکترود را بهبود بخشد، مقاومت داخلی باتری را کاهش دهد و عملکرد شارژ و دشارژ باتری را افزایش دهد.

با این حال، فرآیند نورد نیز برخی از اثرات نامطلوب دارد. به عنوان مثال، نورد به طور قابل توجهی تخلخل الکترود را کاهش می دهد و منجر به کاهش راندمان نفوذ الکترولیت، افزایش مقاومت انتقال لیتیوم + و افزایش پلاریزاسیون الکترود می شود. علاوه بر این، استحکام شکست کششی و مدول یانگ قطعه قطب پس از نورد افزایش می یابد، تغییر شکل الاستیک-پلاستیک ضعیف می شود و شکنندگی افزایش می یابد. در فرآیندهای بریدگی و سیم پیچی بعدی، تمرکز تنش و فشار داخلی زیاد به راحتی تشکیل می شود که منجر به کاهش عملکرد قطعه قطب می شود.

5 مشکلات رایج و راه حل های فرآیند نورد

1. ضخامت ناهموار پلاریزه:این عمدتا به دلیل عدم موازی بودن بین محور غلتک و محور هر غلتک است. این مشکل را می توان با تنظیم موازی هر محور غلتکی حل کرد.

2. سوراخ شدن روی سطح پلاریزه کننده:این عمدتاً ناشی از خوردگی حفره ای خستگی در سطح آسیاب نورد است. این به مواد آسیاب نورد، ساختار متالوگرافی ناهموار در طول عملیات حرارتی، مقاومت ضعیف در برابر خستگی سطح آسیاب نورد و زبری سطح آسیاب نورد مربوط می شود. این مشکل را می توان با بهبود فرآیند مواد و عملیات حرارتی آسیاب نورد، افزایش استحکام خستگی سطح نورد و بهینه سازی زبری سطح آسیاب نورد حل کرد.

3. برگشت ضخامت در هنگام نورد قطب:این عمدتا به دلیل تغییر شکل الاستیک باقیمانده زیاد و رطوبت محیطی بالا پس از نورد قطب است. تغییر شکل الاستیک پلاریزه کننده را می توان با بهینه سازی پارامترهای نورد، کنترل رطوبت محیطی و اتخاذ یک فرآیند نورد گرم کاهش داد و در نتیجه بازگشت ضخامت را کاهش داد.

4. شکل صفحه پلاریزه ناهموار:این عمدتاً به دلیل تغییر شکل ناهموار در هنگام نورد پلاریزر، کشش کوچک و ناهموار قبل و بعد، یا خطا در ضخامت پوشش پلاریزر است. این مشکل را می توان با بهینه سازی پارامترهای فرآیند نورد، تنظیم کشش قبل و بعد و بهبود قوام ضخامت پوشش پلاریزه حل کرد.

6 روند توسعه فناوری پرس غلتکی

با توسعه مداوم فناوری باتری لیتیومی، فرآیند نورد نیز دائما در حال نوآوری و بهبود است. روندهای توسعه آینده عبارتند از:

1. کوچک سازی و یکپارچه سازی تجهیزات:به منظور بهبود کارایی تولید، پرس های غلتکی به سمت کوچک سازی و یکپارچه سازی در حال توسعه هستند. در حال حاضر، طولانی ترین طول بدنه غلتکی به 1600 میلی متر رسیده است و ممکن است در آینده افزایش یابد.

2. بهبود سطح هوش:به دلیل ظرفیت تولید زیاد، شرکت‌های باتری‌های ذخیره‌سازی نیرو و انرژی نیازهای بالاتری برای سطح هوشمندی تجهیزات نورد دارند. به عنوان مثال، تجهیزات پرس غلتکی با اتوماسیون بالا و روش های تشخیص همراه به طور فزاینده ای محبوب خواهند شد.

3. کاربرد فرآیند نورد گرم:به منظور بهبود تداوم خط تولید و کاهش شکستگی نوار، تولید کنندگان برتر باتری لیتیومی تمایل به اتخاذ فرآیند نورد گرم دارند. فرآیند نورد گرم می تواند تنش داخلی، احتمال بازگشت و مقاومت در برابر تغییر شکل پلاریزه را کاهش دهد و کیفیت پلاریزه را بهبود بخشد.

4. بهینه سازی پارامترهای نورد:بهینه سازی پارامترهای نورد کلید بهبود عملکرد باتری است. در آینده، ما به طور مداوم پارامترهای نورد را از طریق آزمایش ها و شبیه سازی ها برای دستیابی به عملکرد بهتر باتری بهینه خواهیم کرد.

فرآیند نورد باتری لیتیومی یک حلقه مهم در فرآیند تولید باتری های لیتیوم یونی است. با کنترل معقول پارامترهای نورد و شرایط فرآیند، می توان باتری های لیتیوم یونی با عملکرد عالی به دست آورد. در همین حال، با توسعه مداوم فناوری، فرآیند نورد نیز به نوآوری و بهبود برای رفع نیازهای باتری‌های با کارایی بالاتر ادامه خواهد داد.