Lithium-Ionen-Batterieelektrode: Prozesskontrolle und Vorsichtsmaßnahmen beim Walzprozess

1. Einführung in die Rollenpressmaschine

Akku-Rollenpressmaschine ist ein Gerät zum Rollen von Batterieelektroden und eine der Schlüsselausrüstungen für die Herstellung von Lithiumbatterien. Sein Hauptzweck besteht darin, die Entladekapazität der Batterie zu erhöhen, den Innenwiderstand zu verringern, den Polarisationsverlust zu reduzieren, die Zyklenlebensdauer der Batterie zu verlängern und die Auslastung von Lithium-Ionen-Batterien durch Verdichten der aktiven Materialien auf der Batterieelektrode zu verbessern. Im Produktionsprozess werden Lithiumbatterieelektroden im Allgemeinen durch eine Batteriewalzenpresse verdichtet, damit sich die Elektrode besser an den Lade- und Entladevorgang der Batterie anpassen und dadurch die Energiedichte und Stabilität der Batterie verbessern kann. Die Rollenpressmaschine spielt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Lithiumbatterien und ihre technischen Parameter wirken sich direkt auf die Qualität und Leistung der Batterie aus.

2.Zweck des Rollens

Notwendigkeit des Walzens: Nachdem die Elektrode beschichtet und getrocknet ist, ist die Abziehfestigkeit zwischen dem aktiven Material und der Stromkollektorfolie sehr gering. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, es zu rollen, um die Bindungsstärke zwischen dem aktiven Material und der Folie zu verbessern und ein Ablösen beim Eintauchen in den Elektrolyten und bei der Verwendung der Batterie zu verhindern.

Die Zwecke des Rollens sind folgende:

Stellen Sie sicher, dass die Oberfläche der Elektrode glatt und flach ist, um zu verhindern, dass die Grate auf der Beschichtungsoberfläche die Membran durchdringen und einen Kurzschluss verursachen.

Verdichten Sie das Elektrodenbeschichtungsmaterial, um das Volumen der Elektrode zu verringern und die Energiedichte der Batterie zu erhöhen.

Sorgen Sie dafür, dass das aktive Material und die leitfähigen Wirkstoffpartikel enger miteinander in Kontakt kommen, um die elektronische Leitfähigkeit zu verbessern.

Verbessern Sie die Bindungsstärke zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Stromkollektor, reduzieren Sie das Auftreten von Pulververlusten während des Zyklus der Batterieelektrode und verbessern Sie die Zykluslebensdauer und Sicherheitsleistung der Batterie.

3. Polstückwalzprozess und -kontrolle

Rollvorgang

Beim Rollen der Batterieelektrode wird die Batterieelektrode durch die Reibung zwischen der Rolle und der Batterieelektrode in die rotierende Rolle gezogen und die Batterieelektrode komprimiert und verformt. Das Rollen der Batterieelektrode unterscheidet sich vom Rollen des Stahlblocks. Der Prozess des Walzens von Stahl ist ein Prozess, bei dem sich die Eisenmoleküle in Längsrichtung und horizontal ausdehnen und sich ihre Dichte während des Walzprozesses nicht ändert. während das Rollen der Batterieelektrode ein Prozess ist, bei dem das Batteriematerial auf den positiven und negativen Platten verdichtet wird. Beim Rollen der Batterieelektrode sollte die Rollkraft nicht zu groß oder zu klein sein und den Eigenschaften des Batterieelektrodenmaterials entsprechen.

Region I ist die erste Stufe: In diesem Stadium, wenn die Walzkraft allmählich zuzunehmen beginnt, nimmt die Dichte der Elektrode schnell zu. Dies liegt daran, dass in diesem Stadium die Partikel des Elektrodenmaterials verdrängt werden und die Porenstruktur gefüllt wird. Die erste Stufe wird allgemein als Gleitstufe bezeichnet. Diese Stufe ist die Stufe mit der schnellsten Anstiegsrate der Elektrodendichte unter den drei Stufen.

Region II ist die zweite Stufe: Da die Porenstruktur des Elektrodenmaterials in der ersten Stufe gefüllt wird, hat die Dichte des Elektrodenbeschichtungsmaterials einen festen Wert erreicht, und beim Rollen der Elektrode in der zweiten Stufe tritt ein gewisser Druckverformungswiderstand auf. Obwohl die Walzkraft in dieser Stufe im Vergleich zur ersten Stufe weiter ansteigt, hat sich die Steigerungsrate der Elektrodendichte verringert. Aus mikroskopischer Sicht liegt dies daran, dass die Verschiebung der Elektrodenbeschichtungsmaterialpartikel in diesem Stadium bereits sehr gering ist, die große Verschiebungsbewegung der Beschichtungsmaterialpartikel jedoch noch nicht begonnen hat.

Region III ist in die dritte Stufe unterteilt: Wenn die Rollkraft eine bestimmte Größe überschreitet, beginnt die Dichte der Batterieelektrode mit zunehmender Rollkraft zuzunehmen, und dann nimmt die Anstiegsrate allmählich ab. Denn wenn die Walzkraft einen bestimmten Wert überschreitet, beginnt die Verdrängung der Elektrodenbeschichtungsmaterialpartikel allmählich und die Dichte der Elektrode beginnt wieder zuzunehmen. Wenn die Walzkraft auf einen bestimmten Wert ansteigt, ist die Verformung des Elektrodenbeschichtungsmaterials stärker, was zu einer Kaltverfestigung führt. Steigt die Walzkraft zu diesem Zeitpunkt weiter an, wird es für das Elektrodenbeschichtungsmaterial schwieriger, sich weiter zu verformen. Wenn daher die Walzkraft weiter zunimmt, nimmt die Dichte der Elektrode letztendlich nicht stark zu, und der Anstieg wird ebenfalls verringert.

4. Probleme und Lösungen im Walzprozess

Ungleichmäßige Dicke der Elektrode: Es gibt viele Faktoren, die eine ungleichmäßige Dicke der Elektrodenwalze verursachen, wie z. B. ungleichmäßige Dicke der Elektrodenbeschichtung, Koaxialitätsfehler der Walze, Zylinderfehler der Walze, nicht parallele Kontaktschiene der Walze, axiale Durchbiegungsverformung der Walze, schlechte Steifigkeit und Stabilität der Walzausrüstung usw. Die seitliche Dicke ist ungleichmäßig. Während des Walzvorgangs der Elektrode ist die Dicke des linken und rechten Elektrodenblechs häufig uneinheitlich. Wenn die Dicke der Elektrode auf der linken und rechten Seite uneinheitlich ist, muss zunächst der Einfluss des Elektrodenbeschichtungsprozesses beseitigt werden. Wenn die Dicke der nicht gewalzten Elektrode auf der linken und rechten Seite gleichmäßig ist, muss der Walzdruck auf der linken und rechten Seite angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Verdichtungsdichte der Elektrode nach dem Walzen gleichmäßig ist. Die Elektrode sollte während des Walzvorgangs rechtzeitig getestet werden, um zu verhindern, dass sich der Druck während des Walzvorgangs ändert. Die Längsdicke ist ungleichmäßig. Manchmal erfüllt die Elektrode nach dem Walzen die Anforderungen, beim Schlitzen nimmt die Dicke jedoch zu. Dies ist das Rückprallphänomen der Elektrode. Die Elektrode prallt zurück, weil sich mehr Wasser in der Elektrode befindet und die Geschwindigkeit beim Rollen zu hoch ist. Das Problem des Elektrodenrückpralls kann durch den Einsatz eines Heißwalzenprozesses und die Steuerung der Walzgeschwindigkeit gelöst werden.

Die Elektrode hat Sichelbiegung: Diese Situation wird hauptsächlich dadurch verursacht, dass die beiden Rollen, die die Stromschienen berühren, nicht parallel sind oder dass die Dicke der Elektrodenbeschichtung auf beiden Seiten unterschiedlich ist. Da die Kantendicke mehrere Mikrometer oder mehr als zehn Mikrometer größer ist als der mittlere Teil, übt der Bereich mit großer Kantendicke beim Aufbringen des Walzendrucks auf die Elektrode eine größere Walzkraft aus, was zu einer inkonsistenten seitlichen Dichte der Elektrodenwalzenverdichtung führt Dies führt zu starken Verformungen der Elektrode nach dem Walzen und wirkt sich auch negativ auf den nachfolgenden Schlitzprozess aus. Der Schlüssel zur Kontrolle des Verzugs liegt in der Kontrolle der Qualität der Elektrodenbeschichtung. Durch die Steuerung von Parametern wie der Oberflächenspannung der Aufschlämmung, dem Pumpendruck, der Bandgeschwindigkeit und dem Rolldruck kann die Verformung der Elektrode wirksam reduziert werden. Voraussetzung hierfür ist natürlich die Einhaltung der Designvorgaben.

Die Elektrode hat wellenförmige Kanten: Diese Situation wird hauptsächlich durch die große Dehnungsrate während des Rollvorgangs der Elektrode verursacht. Der Anreiz ist der kleine Durchmesser des Walzenkörpers, die geringe Spannung vor dem Abrollen der Elektrode, die große Kompression der Elektrodendicke, die Ausbuchtungen auf beiden Seiten der Elektrodenbeschichtung usw. Beim Abrollen der Elektrode werden die Wirkstoffe jeweils zusammengedrückt und üben einen gewissen Druck auf die Kupfer- und Aluminiumfolie aus, was zu einer gewissen Dehnung führt. Während des Walzens dehnte sich das Teil ohne Aktivmaterialbeschichtung nicht, während sich die Elektrode mit Aktivmaterial unter dem Walzendruck dehnte. Durch die ungleichmäßige Dehnung bildeten sich wellenförmige Falten am Rand des Folienstreifens, und die parallelen Wellenmarkierungen verliefen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Folienstreifens.

Auf der Oberfläche der Elektrode erschienen dunkle Streifen: Diese Situation wird hauptsächlich durch Vibrationsspuren auf der Walzenoberfläche, einen großen Zylinderfehler des Walzenkörpers und eine geringe und ungleichmäßige Vorderspannung verursacht.

Curling der Elektrode: Diese Situation wird durch eine übermäßige Dehnung der Elektrode verursacht. Die Lösung besteht hauptsächlich darin, den Rollenkörperdurchmesser zu vergrößern, die Kompression der Elektrode zu verringern, die vordere und hintere Spannung der Elektrode anzupassen usw.

Der Riemen der Elektrode ist gerissen: Diese Situation wird hauptsächlich durch eine ungleichmäßige und instabile Spannung, einen fehlenden Spannungs-Schnellreaktionsmechanismus und eine starke Ausbeulung der Beschichtungskante der Elektrode verursacht. Wenn sich beispielsweise während des Beschichtungsprozesses kleine Partikel und andere unebene Texturen auf der Oberfläche der Elektrode befinden, werden diese kleinen Partikel unter dem Druck der Doppelwalzen beim Walzen in Richtung des Folienstreifens gedrückt. Weichere Partikel können zu Pulver zerkleinert werden und dann abfallen, während härtere Partikel den Folienstreifen zusammendrücken, was zu Löchern im Folienstreifen oder sogar zum Bruch des Folienstreifens führen kann. Wenn während des Beschichtungsprozesses die Oberflächendichte der Elektrode unterschiedlich ist, wird ein Teil während des Walzvorgangs zu stark und das andere Teil zu wenig gerollt. Während des Laufvorgangs des Elektrodenbandes fallen bei gleicher Spannungskontrolle einige aktive Materialien ab oder brechen sogar die Folie an Stellen, an denen der Rollendruck nicht ausreicht. Durch die Kontrolle der Wickelspannung und die Verhinderung, dass große Partikel auf die Elektrodenoberfläche fallen, kann der Bruch der Elektrode wirksam reduziert werden.

Die Spannung auf beiden Seiten der Elektrode ist unterschiedlich: Diese Situation wird hauptsächlich durch die Nichtparallelität der Rollenachse und der Achse jeder Rolle verursacht, die durch Anpassen der Parallelität jeder Rollenachse gelöst werden kann.

Es gibt Lochfraß auf der Walzenoberfläche: Bei dieser Situation handelt es sich um Ermüdungsfraß auf der Walzenoberfläche, der hauptsächlich durch ungleichmäßiges Walzenmaterial und die metallografische Struktur der Wärmebehandlung sowie eine schlechte Ermüdungsfestigkeit der Walzenoberfläche verursacht wird und auch mit der Oberflächenrauheit der Walze zusammenhängt.

Rückprall der Walzdicke des Polblechs: Diese Situation wird hauptsächlich durch eine große elastische Restverformung der Polplatte nach dem Walzen und eine hohe Umgebungsfeuchtigkeit verursacht. Sie können Warmwalzen, langsames Walzen, Hochgeschwindigkeitswalzen, die Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung und andere Maßnahmen ausprobieren.

Unebenheiten der Polblechplatte: Diese Situation wird hauptsächlich durch eine ungleichmäßige Rollverformung des Polblechs, eine geringe und ungleichmäßige vordere und hintere Spannung oder einen Fehler bei der Dicke der Polblechbeschichtung verursacht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Lithiumbatterie-Rollenpressmaschine eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Lithiumbatterien spielt. Es verbessert nicht nur die Leistung und Qualität der Batterie, sondern senkt auch die Produktionskosten und bietet Unterstützung und Garantie für die Entwicklung der Lithiumbatterietechnologie.

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