1 圧延加工の原理と目的
圧延工程とは、電池の正極材料と負極材料と活物質、導電剤、結着剤などを混合したものをロールプレスして緻密な構造を形成する工程です。ローラープレスの主な目的は、ポールピースの表面を滑らかで平らに保ち、ポールピース表面のセパレーターを突き刺すバリによって引き起こされる潜在的なバッテリーの短絡を防ぐことです。電極集電体に塗布された電極材料を緻密化することで電極の体積を減らし、電池のエネルギー密度を向上させます。活物質と導電剤粒子の接触をより強固にし、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プロセス中の粉末損失の発生を低減し、リチウム電池のサイクル寿命と安全性能を向上させます。
2 ロールプレス工程
1. 材料の準備:プロセス要件に応じて、電池の正極材料と負極材料を、導電剤、バインダーなどの混合物でアルミニウム箔または銅箔上にコーティングします。
2. ローラープレスの試運転:バッテリーの正極と負極をローラー プレスに配置し、プロセス サイズとバッテリーの要件に合わせてローラーの圧力、張力、速度を調整します。
3. 圧延プロセス:圧延機が動作を開始し、ローラーが電池の正極板と負極板を押し付けることにより、活物質が導電剤やバインダーなどの混合物と物理反応を起こし、緻密な構造が形成され、必要な圧縮厚さが得られます。プロセスのために。
3 圧延加工の効果に影響を与える要因
1. ローラーの圧力と速度:ローラーの圧力と速度は、圧延プロセスの有効性に影響を与える重要な要素です。ローラーに過度の圧力がかかると、バッテリーの正極材料と負極材料が過度に変形し、バッテリーのサイクル寿命に影響を与える可能性があります。ローラーの速度が高すぎると、電池内の正極材料と負極材料、活物質、導電剤、結合剤などの混合物の圧縮が不十分になり、電池のエネルギー密度に影響を与える可能性があります。
2. 正極材料と負極材料の特性:正極材料と負極材料が異なると圧縮密度も異なるため、処理には適切な圧延パラメータを選択する必要があります。
3. 活物質と導電剤、バインダーなどの混合物の特性:活物質と導電剤、バインダーなどの混合物の濃度と組成は、電池の正極シートと負極シートの圧延厚さに影響を与える可能性があります。
4.ローラープレスの性能:ローラープレスの性能も圧延加工の効果に影響します。たとえば、ローラー プレスの精度、安定性、制御システムはすべて、ローラー プレスの品質と効率に影響を与える可能性があります。
4 圧延工程が電池性能に及ぼす影響
1. エネルギー密度:圧延プロセス中に、ローラーホイールはバッテリーの正極材料と負極材料を圧縮し、正極板と負極板の厚さを減らし、それによってバッテリーのエネルギー密度が増加します。
2. サイクル寿命:圧延プロセス中、ローラーホイールはバッテリーの正極材料と負極材料を押し、正極と負極の粉末の付着を改善し、バッテリーの正極材料と負極材料の構造と安定性を高め、内部抵抗と容量を低減します。バッテリーの劣化を防ぎ、バッテリーのサイクル寿命を向上させます。
3. 安全性:圧延プロセスにより、電池の正極材料と負極材料と活物質、導電剤、バインダーなどの混合物との接触面積が増加し、それにより電池の反応速度と電荷移動効率が向上し、安全性が向上します。
4. 内部抵抗:ローリングプロセスにより、電極の導電ネットワークが改善され、バッテリーの内部抵抗が低減され、バッテリーの充放電性能が向上します。
ただし、ローリングプロセスにはいくつかの悪影響もあります。たとえば、圧延により電極の多孔性が大幅に減少し、電解液の浸透効率の低下、Li+輸送抵抗の増加、および電極の分極の増加につながります。さらに、圧延後のポールピースの引張破壊強度とヤング率は増加し、弾塑性変形が弱くなり、脆性が増加します。その後のスリットやワインディング工程では応力集中や大きな内圧が発生しやすく、ポールピースの性能低下につながります。
5 圧延プロセスのよくある問題と解決策
1. 偏光板の厚みが不均一:これは主に、ローラー軸と各ローラーの軸が平行になっていないことが原因です。この問題は、ローラーの各軸の平行度を調整することで解決できます。
2. 偏光子の表面にピットが発生します。これは主に圧延機表面の疲労孔食が原因です。これは、圧延機の材質、熱処理時の金属組織の凹凸、圧延機表面の疲労強度の低さ、圧延機の表面粗さに関係します。この問題は、圧延機の材質や熱処理工程を改良し、圧延機表面の疲労強度を高め、圧延機の表面粗さを最適化することで解決できる。
3. ポールローリング中の厚さの反発:これは主に、ポール圧延後の大きな残留弾性変形と高い環境湿度によるものです。偏光子の弾性変形は、圧延パラメータの最適化、環境湿度の制御、熱間圧延プロセスの採用により低減でき、それにより厚みの反発を低減できます。
4.偏光板の凹凸形状：これは主に、偏光子の圧延時の不均一な変形、前後の小さな不均一な張力、または偏光子のコーティング厚さの誤差によるものです。この問題は、圧延プロセスのパラメーターを最適化し、前後の張力を調整し、偏光子のコーティング厚さの均一性を向上させることで解決できます。
6 ローラープレス技術の開発動向
リチウム電池技術の継続的な開発に伴い、圧延プロセスも常に革新と改善を続けています。将来の開発トレンドには次のようなものがあります。
1. 装置の小型化と一体化：生産効率の向上を図るため、ローラープレスは小型化・一体化が進んでいます。現在、ローラー本体の長さは最長1600mmに達していますが、今後もさらに長くなる可能性があります。
2. 知能レベルの向上:電力およびエネルギー貯蔵電池企業は、生産能力が大きいため、回転機器のインテリジェンス レベルに対してより高い要件を求めています。たとえば、高度な自動化とそれに付随する検出方法を備えたローラー プレス装置はますます普及するでしょう。
3. 熱間圧延プロセスの適用:生産ラインの継続性を向上させ、ストリップの破損を減らすために、トップリチウム電池メーカーは熱間圧延プロセスを採用する傾向があります。熱間圧延プロセスにより、偏光子の内部応力、反発確率、変形抵抗が低減され、偏光子の品質が向上します。
4. ローリングパラメータの最適化:ローリングパラメータの最適化は、バッテリー性能を向上させる鍵となります。今後も実験やシミュレーションを通じてローリングパラメータの最適化を継続し、より優れたバッテリー性能を実現していきます。
リチウム電池の圧延プロセスは、リチウムイオン電池の製造プロセスにおける重要なリンクです。圧延パラメータとプロセス条件を合理的に制御することにより、優れた性能のリチウムイオン電池を得ることができます。一方、技術の継続的な発展に伴い、圧延プロセスも、より高性能なバッテリーのニーズを満たすために革新と改善を続けていくことになります。