リチウムイオン電池電極：圧延工程の工程管理と注意点

1. ローラープレス機の紹介

バッテリーローラープレス機 電池電極を圧延する装置で、リチウム電池製造の重要な設備の一つです。その主な目的は、電池電極上の活物質を緻密化することにより、電池の放電容量を増加させ、内部抵抗を低減し、分極損失を低減し、電池のサイクル寿命を延長し、リチウムイオン電池の利用率を向上させることである。製造プロセスでは、リチウム電池電極は一般に電池ローリングプレス機で圧縮されるため、電極は電池の充放電プロセスによく適応し、電池のエネルギー密度と安定性が向上します。ローラープレス機はリチウム電池の製造において重要な役割を果たしており、その技術的パラメータは電池の品質と性能に直接影響します。

2.圧延の目的

ローリングの必要性: 電極を塗布し乾燥させた後、活物質と集電箔の間の剥離強度は非常に低くなります。このとき、電解液浸漬時や電池使用時の剥離を防ぐため、活物質と箔の結合強度を高めるために圧延する必要がある。

ローリングの目的は次のとおりです。

コーティング表面のバリがダイアフラムを突き破って短絡を引き起こすのを防ぐために、電極の表面が滑らかで平坦であることを確認してください。

電極コーティング材料を圧縮して電極の体積を減らし、電池のエネルギー密度を高めます。

活物質と導電剤粒子をより密着させ、電子伝導性を向上させます。

コーティング材料と集電体の結合強度を強化し、電池電極のサイクル中の粉末損失の発生を低減し、電池のサイクル寿命と安全性能を向上させます。

3. ポールピース圧延プロセスと制御

圧延工程

電池電極を圧延する過程では、回転するローラーと電池電極との摩擦により電池電極が引き込まれ、電池電極が圧縮変形する。電池電極の圧延は、鋼ブロックの圧延とは異なります。鋼を圧延するプロセスは、鉄の分子が縦方向に伸び、横方向に膨張するプロセスであり、圧延プロセス中に密度は変化しません。一方、電池電極の圧延は、正極板と負極板上の電池材料を圧縮するプロセスです。電池電極を圧延するとき、圧延力は大きすぎても小さすぎてもならず、電池電極材料の特性と一致する必要があります。

領域 I は最初の段階です。 この段階で、回転力が徐々に増加し始めると、電極の密度が急速に増加します。これは、この段階で電極材料粒子が移動し、細孔構造が充填されるためです。最初のステージは一般にスライディングステージと呼ばれます。この段階は、3 つの段階の中で電極密度の増加速度が最も速い段階です。

領域 II は第 2 段階です。 第一段階で電極材料の細孔構造が充填されるため、電極塗料の密度が一定値に達し、第二段階で電極を圧延する際に一定の圧縮変形抵抗が現れます。第 1 段階と比較すると、この段階でも圧延力は増加し続けていますが、電極密度の増加率は減少しています。これは、微視的に見ると、この段階での電極塗料粒子の変位はすでに非常に小さいが、塗料粒子の大きな変位運動はまだ始まっていないためである。

領域 III は第 3 段階に分かれています。 転がり力がある大きさを超えると、転がり力の増加に伴って電池電極の密度が増加し始め、その後、増加率は徐々に減少します。これは、圧延力がある値を超えると、電極塗料粒子の変位が徐々に始まり、電極の密度が再び増加し始めるためである。圧延力がある程度大きくなると、電極塗料の変形が激しくなり、加工硬化が起こります。このとき、圧延力が増加し続けると、電極塗料がさらに変形しにくくなる。したがって、最終的には、圧延力が増加し続けても、電極の密度はあまり増加せず、増加も減少する。

4. 圧延工程の問題点と解決策

電極の厚みが不均一： 電極転動の厚みムラは、電極塗膜の厚みムラ、ローラの同軸度誤差、ローラの円筒誤差、ローラの非平行接触バスバー、ローラの軸振れ変形など、様々な要因により発生します。転動装置等の剛性、安定性が悪い。横厚が不均一である。電極を圧延する過程で、左右の電極シートの厚みが不均一になることがよくあります。電極の厚みが左右で不均一な場合は、まず電極塗装工程の影響を取り除く必要があります。圧延前の電極の厚みが左右で一定の場合、圧延後の電極の圧密密度が一定になるように圧延圧力を左右で調整する必要があります。電極は、圧延プロセス中に圧力が変化しないように、圧延プロセス中に適時にテストする必要があります。縦方向の厚みが不均一です。場合によっては、圧延後に電極が要件を満たしていても、スリット中に厚みが増加します。これが電極の反発現象です。電極内に水が多くなり、回転時の速度が速すぎるため、電極が反発します。電極の反発問題は、ホットローラープロセスを使用し、圧延速度を制御することで解決できます。

電極には鎌状の曲がりがあります。 この状況は主に、バスバーに接触する 2 つのローラーが平行でないこと、または両側の電極コーティングの厚さが異なることによって発生します。端部の厚みが中央部に比べて数ミクロンから十数ミクロン以上厚いため、電極にローラー圧力がかかると、端部の厚みが厚い部分の方が転がり力が大きくなり、電極の転圧時の横密度が不均一になります。 、圧延後の電極に大きな反りが発生し、その後のスリット加工にも悪影響を及ぼします。反りを制御するには、電極コーティングの品質を制御することが重要です。スラリーの表面張力、ポンプ圧力、ベルト速度、圧延圧力などのパラメータを制御することで、電極の反りを効果的に低減できます。もちろん、設計要件を満たしていることが前提です。

電極には波状のエッジがあります。 この状況は主に、電極の圧延プロセス中の大きな伸び率によって引き起こされます。誘因は、ローラー本体の小さな直径、電極を回転させる前の小さな張力、電極の厚さの大きな圧縮、電極コーティングの両側の膨らみなどです。電極を回転させると、活物質がそれぞれを圧迫します。銅箔とアルミ箔に一定の圧力がかかり、一定の伸びが生じます。圧延中、活物質がコーティングされていない部分は伸びませんでしたが、活物質を含む電極はローラーの圧力で伸びました。不均一な延伸により、外観的には箔帯の端に波状のしわが形成され、箔帯の進行方向に対して垂直な平行な波紋が形成された。

電極の表面に暗い縞模様が現れました。 この状況は主に、ローラー表面の振動痕、ローラー本体の大きな円筒誤差、フロントテンションの小ささや不均一などが原因で発生します。

電極のカール： この状況は、電極の過度の伸びによって引き起こされます。解決策は主に、ローラー本体の直径を大きくする、電極の圧縮を減らす、電極の前後の張力を調整するなどです。

電極のベルトが切れています: この状況は主に、張力が不均一で不安定であること、張力の迅速な応答機構の欠如、電極のコーティング端の深刻な膨らみによって引き起こされます。たとえば、コーティングプロセス中に、電極の表面に小さな粒子やその他の凹凸がある場合、圧延中の二重ローラーの圧力で小さな粒子が箔ストリップに向かって押しつぶされます。柔らかい粒子は粉砕されて粉末になる可能性があり、その後落下する可能性がありますが、より硬い粒子はホイル ストリップを圧迫し、ホイル ストリップに穴が開いたり、ホイル ストリップが破損したりすることがあります。コーティングプロセス中、電極の面密度が異なる場合、圧延プロセス中に一方の部分が過剰に圧延され、もう一方の部分がアンダー圧延されます。電極テープの走行プロセス中、同じ張力制御下では、ローラーの圧力が不十分な場所では一部の活物質が脱落したり、箔が破損したりすることがあります。巻き取り張力を制御し、大きな粒子が電極表面に落ちるのを防ぐことで、電極の破損を効果的に低減できます。

電極の両側の張力は異なります。 この現象は主にローラ軸と各ローラの軸の平行度がずれていることが原因であり、各ローラ軸の平行度を調整することで解決できます。

ローラー表面に穴があります。 この状況は、ローラー表面の疲労ピッチングであり、主に不均一なローラー材料と熱処理金属組織、ローラー表面の疲労強度の不足によって引き起こされ、ローラーの表面粗さも関係しています。

ポールシート圧延厚さリバウンド: この状況は主に、圧延後の極シートの大きな残留弾性変形と高い環境湿度によって引き起こされます。熱間圧延、低速圧延、高速圧延、環境相対湿度の低減などの対策を試すことができます。

ポールシートプレートの凹凸： この状況は主に、磁極シートの不均一な圧延変形、前後の張力が小さくて不均一であること、または磁極シートのコーティング厚さの誤差によって引き起こされます。

要約すると、リチウム電池ローラープレス機はリチウム電池製造において重要な役割を果たします。バッテリーの性能と品質を向上させるだけでなく、生産コストを削減し、リチウムバッテリー技術の開発に対するサポートと保証を提供します。

エイシー新エネルギー は、管状炉、真空ミキサー、 フィルムコーティング機, ローリングプレス機、ダイカット機、スタッキングマシン、パウチセル成形機、グローブボックス、電池検査機などをワンストップで提供します。 リチウムイオン電池生産ライン。ご興味がございましたら、お気軽にお問い合わせください。