Het walsproces, dat wordt uitgevoerd op lithium-ion-batterijelektroden na het coaten en drogen, is een cruciale stap in het productieproces. Simpel gezegd is walsen een proces waarbij de druk van een walserij met een hoog-tonnage wordt gebruikt om de losse, poreuze coating van actief materiaal op de stroomafnemer (aluminium- of koperfolie) te verdichten tot een dichte dunne film.
Deze stap is vooral onmisbaar voor de volgende kerndoelen:
1. Verhoging van de energiedichtheid
Dit is het meest directe doel. Na het coaten bevindt het actieve materiaal op het elektrodeoppervlak (zoals lithiumkobaltoxide, lithiumijzerfosfaat, grafiet, enz.) zich in een losse, korrelige aggregaattoestand, met talrijke holtes tussen de deeltjes.
Effect: Door walsverdichting worden de holtes tussen de deeltjes verkleind, waardoor de massa actief materiaal die kan worden geaccommodeerd per volume-eenheid toeneemt, waardoor de volumetrische energiedichtheid van de cel direct wordt verhoogd. Er kan meer energie in de beperkte celruimte worden verpakt.
2. Het verminderen van de interne weerstand en het verbeteren van de snelheidsprestaties
De interne weerstand van een batterij heeft rechtstreeks invloed op de laad- en ontlaadsnelheid en de warmteontwikkeling.
Contactweerstand:Vóór het rollen zijn de contactpunten tussen actieve materiaaldeeltjes en tussen het actieve materiaal en de stroomcollector louter fysiek, wat resulteert in een lang elektronentransportpad en een hoge weerstand. Na het walsen worden de deeltjes afgeplat en opnieuw gerangschikt, waardoor oppervlaktecontact of nauwer puntcontact ontstaat, waardoor een stabiel geleidend netwerk ontstaat. Tegelijkertijd wordt de hechtkracht tussen de actieve materiaallaag en de stroomcollector aanzienlijk verbeterd. Dit vermindert de ohmse interne weerstand van de batterij aanzienlijk, waardoor elektronen snel kunnen bewegen, waardoor het opladen en ontladen met hoge- stroom (hoge- snelheidsprestaties) wordt ondersteund en de warmteontwikkeling tijdens het opladen en ontladen wordt verminderd.
3. Verbeterde levensduur van de cyclus
Als de elektrode niet is opgerold of onvoldoende is samengedrukt, zal deze te maken krijgen met stabiliteitsproblemen tijdens het opladen en ontladen van de batterij.
Delaminatie onderdrukken:Walsen verbetert de afpelsterkte tussen de coating en de stroomafnemer. Als de coating los zit, is deze gevoelig voor loslaten van de folie of verpulveren tijdens herhaalde laad- en ontlaadcycli (inbrengen en extraheren van lithium{1}}ionen waardoor volume-expansie en contractie van het actieve materiaal ontstaat), wat leidt tot snel capaciteitsverlies.
Structurele stabiliteit:Een dichte elektrodestructuur beperkt de volumeveranderingen van het actieve materiaal tijdens het fietsen beter, waardoor de integriteit van de elektrodestructuur behouden blijft en zo de levensduur van de batterij wordt verlengd.
ACEY-HRP100rollen persmachineis vooral geschikt voor het elektrisch walsen van batterijmaterialen in het laboratorium, een kleine hoeveelheid edelmetaalmaterialen zoals goud en zilver, en non-ferromaterialen zoals koper en aluminium bij een bepaalde temperatuur. De walsdikte is instelbaar en de bediening is eenvoudig. Het is vooral geschikt voor het verdunnen en verhogen van de dichtheid van lithiumbatterijpoolplaten van schone energiematerialen.
4. Controle van de dikte-uniformiteit en daaropvolgende processen
Dikteuniformiteit:Het wikkel- of stapelproces stelt extreem strenge eisen aan de diktetolerantie van de elektrodeplaten. Als de elektrodeplaten niet worden gerold, fluctueert de dikte van de coating sterk en is het oppervlak ongelijkmatig, waardoor een verkeerde uitlijning waarschijnlijk is tijdens het daaropvolgende opwikkelen. Tijdens het stapelen kan een ongelijkmatige dikte de afscheider doorboren, waardoor er kortsluiting ontstaat.
Diktereductie:De dikte van de gerolde elektrodeplaten bedraagt doorgaans slechts 60%-80% van de oorspronkelijke laagdikte. Dit bespaart ruimte voor daaropvolgende wikkel-/stapelprocessen, wat gunstig is voor celminiaturisatie.
5. Porositeit optimaliseren
Bij walsen gaat het niet om het zo dicht mogelijk drukken; het gaat veeleer om het beheersen van de porositeit binnen een redelijk bereik.
Sleutelsaldo:Een geschikte porositeit (doorgaans 25%-35% voor lithium-ionanodes en 20%-30% voor kathodes) zorgt voor voldoende opslagruimte voor elektrolyten, waardoor soepele lithium-ion-transportkanalen tussen de vaste en vloeibare fasen (ionische geleidbaarheid) worden gegarandeerd, en voor voldoende elektronische geleidbaarheid. Rolvormen is een cruciaal middel om dit evenwicht tussen elektronische en ionische geleidbaarheid te bereiken.
Concluderend:Zonder het rolvormproces zal de elektrode een "spons-achtige" structuur hebben. Dergelijke elektroden hebben niet alleen een lage energiedichtheid, maar lijden ook aan een slechte elektronische geleidbaarheid en een zwakke binding met de stroomcollector, waardoor ze vatbaar zijn voor problemen zoals hoge polarisatie, ernstige warmteontwikkeling, lithiumplating (negatieve elektrode) en poederafscheiding tijdens opladen en ontladen. Dit heeft tot gevolg dat batterijen niet voldoen aan de commerciële levensduur- en veiligheidseisen.
Aanvullende opmerking:Hoewel rolvormen van cruciaal belang is, moet de verdichtingsdichtheid nauwkeurig worden gecontroleerd op basis van verschillende materiaalsystemen (lithiumijzerfosfaat is bijvoorbeeld gevoelig voor verdichting, terwijl ternaire materialen een evenwicht tussen taaiheid vereisen). Over-compressie leidt tot een extreem lage porositeit, waardoor het bevochtigen van elektrolyten moeilijk wordt en het transport van lithium-ionen wordt belemmerd, wat schadelijk is voor de prestaties van de batterij en in ernstige gevallen zelfs broosheid en breuk van de elektrode kan veroorzaken. Daarom is het rolvormproces vaak een kernaspect van kwaliteitscontrole.