Akumulatory litowo-jonowe są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak pojazdy elektryczne, elektronika użytkowa, magazynowanie energii i lotnictwo. Wydajność i jakość akumulatorów litowo-jonowych zależy od materiałów elektrod i metod ich przetwarzania. Jednym z kluczowych procesów w produkcji elektrod jest kalandrowanie, czyli prasowanie zawiesiny elektrody naniesionej na folię odbieraka prądu za pomocą pary rolek. Kalandrowanie może poprawić gęstość, przewodność, przyczepność i wytrzymałość mechaniczną elektrody, a także zmniejszyć grubość i porowatość. Jednak kalandrowanie ma również pewne wady, takie jak pękanie, rozwarstwianie, gromadzenie się naprężeń i utrata pojemności. Dlatego ważna jest optymalizacja parametrów kalandrowania i dobór odpowiedniego sprzętu do różnych typów i specyfikacji elektrod.
A maszyna do kalandrowania elektrod akumulatorowych(maszyna do walcowania)to urządzenie składające się z dwóch lub więcej rolek, które obracają się w przeciwnych kierunkach i wywierają nacisk na przechodzący przez nie materiał. Istnieją różne rodzaje kalandrów, takie jak kalandry dwuwalcowe, trzyrolkowe, czterorolkowe i wielorolkowe. Wśród nich kalandrowanie dwurolkowe jest najczęściej stosowane do kalandrowania elektrod akumulatorów litowo-jonowych. Kalandr dwuwalcowy posiada dwa cylindryczne walce z regulowanym odstępem i dociskiem. Folia elektrody jest wprowadzana do szczeliny i ściskana przez rolki. Grubość i gęstość elektrody można kontrolować, regulując szczelinę i ciśnienie.
Zakres zastosowania dwurolkowej kalandrarki do elektrod akumulatorów litowo-jonowych zależy od kilku czynników, takich jak materiał elektrody, metoda powlekania, grubość powłoki, materiał rolki, średnica rolki, prędkość rolki i temperatura rolki. Ogólnie rzecz biorąc, kalandrarka dwurolkowa nadaje się do elektrod o średniej grubości powłoki (10-50 mikronów), wysokiej gęstości (1,5-2 g/cm3) i niskiej porowatości (30-40 procent). Materiał rolki powinien być twardy i gładki, na przykład stal lub stal chromowana. Średnica rolki powinna być wystarczająco duża, aby uniknąć nadmiernego naprężenia zginającego folii elektrody. Prędkość rolki powinna być dopasowana do prędkości podawania, aby uniknąć poślizgu lub rozdarcia. Temperatura rolki powinna być utrzymywana w temperaturze pokojowej lub nieco wyższej, aby uniknąć rozszerzalności termicznej lub kurczenia się elektrody.
Zasada działania dwurolkowej kalandrarki do elektrod akumulatorów litowo-jonowych oparta jest na teorii odkształceń sprężysto-plastycznych. Kiedy folia elektrody wchodzi w szczelinę między rolkami, najpierw ulega odkształceniu sprężystemu, co oznacza, że po odciążeniu może odzyskać swój pierwotny kształt. Wraz ze wzrostem ciśnienia folia elektrody osiąga granicę plastyczności i ulega odkształceniu plastycznemu, co oznacza, że po odciążeniu zachowuje pewne trwałe odkształcenie. Odkształcenie plastyczne może zmniejszyć grubość i zwiększyć gęstość elektrody. Jednak zbyt wysokie ciśnienie może spowodować nieodwracalne uszkodzenie struktury i właściwości elektrody, takie jak pękanie, rozwarstwienie lub utratę pojemności.
Funkcja wyposażeniaelektroda akumulatoramaszyna do kalandrowaniadla elektrod akumulatorów litowo-jonowych jest poprawa wydajności i jakości elektrod poprzez optymalizację ich parametrów fizycznych. Stosując kalandrarkę dwuwalcową można uzyskać:
- Większa gęstość:Kalandrowanie może zwiększyć gęstość upakowania cząstek materiału aktywnego i zmniejszyć pustą przestrzeń między nimi. Może to poprawić przewodnictwo, pojemność i żywotność elektrody.
- Dolna grubość:Kalandrowanie może zmniejszyć grubość elektrody i zwiększyć jej pojemność właściwą (pojemność na jednostkę powierzchni). Może to zmniejszyć wagę i objętość akumulatora oraz poprawić jego gęstość energetyczną.
- Lepsza przyczepność:Kalandrowanie może zwiększyć adhezję między warstwą materiału aktywnego a folią kolektora prądu, a także między różnymi warstwami elektrody (takimi jak spoiwo, dodatek przewodzący i separator). Może to poprawić wytrzymałość mechaniczną i stabilność elektrody.
- Jednolita porowatość:Kalandrowanie może stworzyć równomierny rozkład porów w elektrodzie, co może ułatwić infiltrację elektrolitu i transport jonów. Może to poprawić wydajność i bezpieczeństwo baterii.
