A lítium{0}}ion akkumulátorelektródákon a bevonat és szárítás után végrehajtott hengerlési folyamat a gyártási folyamat döntő lépése. Egyszerűen fogalmazva, a hengerlés egy olyan folyamat, amely egy nagy-tonnás hengermű nyomásával tömöríti az áramgyűjtőn lévő laza, porózus aktív anyag bevonatot (alumínium vagy rézfólia) sűrű vékony filmmé.
Ez a lépés elsősorban a következő alapvető célokhoz nélkülözhetetlen:
1. Az energiasűrűség növelése
Ez a legközvetlenebb cél. A bevonást követően az elektróda felületén lévő aktív anyag (például lítium-kobalt-oxid, lítium-vas-foszfát, grafit stb.) laza, szemcsés aggregált állapotban van, a részecskék között számos üreg található.
Hatás: A görgős tömörítés révén a részecskék közötti üregek csökkennek, növelve az egységnyi térfogatra befogadható aktív anyag tömegét, ezáltal közvetlenül növelve a cella térfogati energiasűrűségét. Több energia pakolható a korlátozott sejttérbe.
2. A belső ellenállás csökkentése és a sebességi teljesítmény javítása
Az akkumulátor belső ellenállása közvetlenül befolyásolja a töltési és kisütési sebességét, valamint a hőtermelést.
Érintkezési ellenállás:A hengerlés előtt az aktív anyagrészecskék, valamint az aktív anyag és az áramkollektor közötti érintkezési pontok pusztán fizikaiak, ami hosszú elektronszállítási utat és nagy ellenállást eredményez. A hengerlés után a részecskék lelapulnak és átrendeződnek, felületi érintkezést vagy szorosabb pontkontaktust képezve, stabil vezető hálózatot hozva létre. Ezzel egyidejűleg jelentősen megnő az aktív anyagréteg és az áramkollektor közötti kötőerő. Ez nagymértékben csökkenti az akkumulátor ohmos belső ellenállását, lehetővé téve az elektronok gyors mozgását, így támogatja a nagy-áramú töltést és kisülést (nagy-sebességű teljesítmény), valamint csökkenti a hőképződést töltés és kisütés közben.
3. Megnövelt ciklusélettartam
Ha az elektróda nincs felgöngyölve vagy nem kellően tömörített, akkor az akkumulátor töltési és kisütési ciklusai során stabilitási problémákkal szembesül.
Delamináció elnyomása:A hengerlés növeli a bevonat és az áramgyűjtő közötti leválási szilárdságot. Ha a bevonat laza, akkor az ismételt töltési és kisütési ciklusok során hajlamos leválni a fóliáról, vagy porladni (lítium--ionok behelyezése és kivonása, ami az aktív anyag térfogatának bővülését és összehúzódását okozza), ami a kapacitás gyors csökkenéséhez vezet.
Szerkezeti stabilitás:A sűrű elektródaszerkezet jobban korlátozza az aktív anyag térfogatváltozásait a kerékpározás során, megőrzi az elektródaszerkezet integritását, és így meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.
ACEY-HRP100tekercsnyomó gépfőként akkumulátoranyagok laboratóriumi elektromos hengerelésére alkalmas, kis mennyiségű nemesfém anyagok, például arany és ezüst, valamint színesfém anyagok, például réz és alumínium bizonyos hőmérsékleten történő hengerelésére. A hengerlés vastagsága állítható és a művelet egyszerű. Különösen alkalmas tiszta energiájú anyagokból készült lítium akkumulátor póluslemezek vékonyítására és sűrűségének növelésére.
4. A vastagság egyenletességének szabályozása és az azt követő folyamatok
Vastagság egyenletessége:A tekercselési vagy halmozási eljárás rendkívül szigorú követelményeket támaszt az elektródalapok vastagságtűrésével szemben. Ha az elektródalapokat nem hengereljük, a bevonat vastagsága nagymértékben ingadozik, és a felület egyenetlen, ami a következő tekercselés során valószínüleg eltolódást okozhat. A halmozás során az egyenetlen vastagság kilyukadhat az elválasztón, ami rövidzárlati kockázatot okozhat.
Vastagság csökkentése:A hengerelt elektródalapok vastagsága jellemzően csak az eredeti bevonat vastagságának 60-80%-a. Ez helyet takarít meg a későbbi tekercselési/halmozási folyamatokhoz, ami előnyös a cellák miniatürizálásához.
5. A porozitás optimalizálása
A hengerlés nem a lehető legsűrűbb nyomásról szól; inkább a porozitás ésszerű tartományon belüli szabályozásáról van szó.
Kulcsegyenleg:A megfelelő porozitás (általában 25%-35% lítium-ion anódok és 20% -30% katódok esetén) elegendő elektrolittároló helyet biztosít, garantálva a sima lítium-ion szállítási csatornákat a szilárd és folyékony fázis között (ionvezetőképesség), valamint az elegendő elektronikus vezetőképességet. A hengeralakítás kulcsfontosságú eszköz az elektronikus és ionos vezetőképesség közötti egyensúly elérésére.
Befejezésül:A tekercsformázás nélkül az elektróda "szivacsszerű" szerkezetű lesz. Az ilyen elektródák nemcsak alacsony energiasűrűséggel rendelkeznek, hanem gyenge elektromos vezetőképességgel és gyenge kötéssel is rendelkeznek az áramkollektorral, ami miatt hajlamosak olyan problémákra, mint a nagy polarizáció, erős hőképződés, lítiumbevonat (negatív elektróda), valamint a töltés és kisütés során előforduló porválás. Ez azt eredményezi, hogy az akkumulátorok nem felelnek meg a kereskedelmi ciklus élettartamának és a biztonsági követelményeknek.
További megjegyzés:Míg a hengeralakítás kritikus, a tömörítési sűrűséget pontosan szabályozni kell a különböző anyagrendszerek alapján (pl. a lítium-vas-foszfát érzékeny a tömörítésre, míg a háromkomponensű anyagok a szívósság egyensúlyát igénylik). A túlzott összenyomás túl alacsony porozitáshoz vezet, ami megnehezíti az elektrolit nedvesítését és akadályozza a lítium-ionok szállítását, ami rontja az akkumulátor teljesítményét, sőt súlyos esetekben az elektródák törékenységét és törését is okozhatja. Ezért a hengeralakítási folyamat gyakran a minőség-ellenőrzés központi eleme.