1. 압연설비의 기능
롤링이란 코팅 및 건조된 리튬전지 전극을 압축하는 공정을 말합니다.
압연은 리튬전지의 에너지 밀도를 높이고 바인더가 전극재료를 집전체에 견고하게 접착할 수 있도록 하여 사이클링 시 전극재료의 이탈로 인한 에너지 손실을 방지합니다. 압연하기 전에 코팅된 전극을 어느 정도 건조시켜야 합니다. 그렇지 않으면 롤링 중에 코팅이 집전체에서 분리됩니다. 압연하는 동안 압축량을 조절해야 합니다. 과도한 압축은 집전체 근처의 전극 재료에 영향을 미쳐 리튬{3}}이온의 적절한 삽입 및 탈리를 방해하고 활물질이 서로 단단히 접착되어 집전체에서 쉽게 분리될 수 있습니다. 심한 경우에는 전극의 가소성을 높여 권취에 적합하지 않게 되어 파손의 원인이 되기도 합니다.
롤 성형은 리튬{0}}이온 배터리 전극 제조에서 가장 중요한 공정 중 하나이며 롤 성형의 정밀도는 배터리 성능에 큰 영향을 미칩니다.
에이시-HRP100핫 롤러 프레스 기계주로 실험실에서 특정 온도에서 배터리 재료, 금, 은과 같은 소량의 귀금속 재료, 구리 및 알루미늄과 같은 비철 재료를 전기 압연하는 데 적합합니다.{0}} 압연두께 조절이 가능하며 조작이 간단합니다. 이는 청정 에너지 재료의 리튬 배터리 극판의 밀도를 얇게 만들고 밀도를 높이는 데 특히 적합합니다.
롤 포밍의 목적은 다음과 같습니다. 롤 포밍은 전극 표면을 매끄럽고 평탄하게 만들어 분리막을 뚫는 버에 의한 단락을 방지하고 에너지 밀도를 향상시킵니다. 또한 집전체에 코팅된 전극 소재를 압축해 전극 부피를 줄이고 에너지 밀도, 사이클 수명, 안전성을 더욱 높인다.
2. 전지 전극 롤 성형 원리
롤 성형의 목적은 활물질과 포일 사이의 더 조밀하고 균일한 결합을 달성하는 것입니다. 롤 성형은 코팅 및 전극 건조 후에 수행해야 합니다. 그렇지 않으면 가루가 떨어지거나 필름이 벗겨지기 쉽습니다.
배터리 전극은 양면이 전기 페이스트 입자로 코팅된 구리(또는 알루미늄) 호일입니다. 배터리 전극 스트립은 롤 성형 전에 코팅 및 건조 공정을 거칩니다. 압연 전, 구리 호일(또는 알루미늄 호일)에 코팅된 전기 페이스트는 연결되지 않거나 약하게 연결된 개별 입자 또는 덩어리로 구성된 반-유체, 반{3}}입상 매체로 어느 정도의 분산성과 유동성을 나타냅니다. 전기 페이스트 입자 사이에 공극이 존재하면 압연 중에 입자가 이러한 공극을 채우기 위해 작은 변위 움직임을 겪을 수 있으며 압축 상태에서 스스로 위치를 잡을 수 있습니다. 배터리 전극 압연은 밀봉되지 않은 상태의 반고체 전기 페이스트 입자의 연속 압연 공정으로 간주될 수 있습니다. 전기 페이스트 입자는 구리 호일(또는 알루미늄 호일)에 부착되어 마찰에 의해 롤 간격에 지속적으로 물린 다음 특정 밀도로 배터리 전극으로 롤링되어 압축됩니다. 롤링 원리는 그림 2에 나와 있습니다.
배터리 전극의 압연은 강철 압연과 크게 다릅니다. 철강 압연 중에 공작물은 초기에 외력에 의해 탄성 변형을 겪습니다. 외력이 특정 한계까지 증가하면 공작물이 소성 변형되기 시작합니다. 외력이 증가하면 소성 변형이 증가합니다. 철강 압연에서 세로 압연의 목적은 연신율을 달성하는 것입니다. 강철 압연 중에 분자는 세로 방향으로 늘어나고 옆 방향으로 넓어져 압연된 조각이 더 얇아지지만 밀도에는 변화가 없습니다. 배터리 전극은 알루미늄이나 동박 등의 기판 위에 화합물 슬러리를 코팅해 만든다. 압연 공정은 전극 위의 전기 슬러리 입자를 압축하여 밀도를 높입니다. 적절한 압축 밀도는 배터리의 방전 용량을 늘리고 내부 저항을 줄이며 사이클 수명을 연장할 수 있습니다. 전기 슬러리 입자는 압력에 따라 변위 및 변형을 겪으며, 그림 3에 표시된 것처럼 전극 밀도는 특정 패턴에 따라 압력에 따라 변합니다.
영역 I에서는 접촉 압력이 증가함에 따라 전기 슬러리 입자가 소규모-변위를 겪기 시작하여 점차 증가합니다. 이 시점에서 전기 슬러리 입자 사이의 간격은 점차적으로 채워지며, 특히 접촉 압력이 증가함에 따라 전극 스트립의 상대 밀도가 천천히 증가하는 것으로 나타납니다.
영역 II에서는 영역 I의 소규모-밀도 증가 이후 접촉 압력이 증가함에 따라 전기 슬러리 입자가 계속해서 그 사이의 간격을 채웁니다. 영역 II에서 압연한 후 입자 사이의 간격이 압축되어 압축됩니다. 특히 전극 스트립의 상대 밀도는 접촉 압력이 증가함에 따라 영역 I보다 훨씬 더 빠른 속도로 빠르게 증가합니다. 동시에 영역 II에서는 전기 슬러리 입자의 일부 변형이 발생합니다.
영역 III에서는 영역 II의 전기 슬러리 입자 사이의 간격이 채워진 후 입자가 더 이상 이동하지 않습니다. 그러나 접촉 압력이 증가함에 따라 전기 슬러리 입자는 큰 변형을 겪기 시작합니다. 이 시점에서 전극 스트립의 상대 밀도는 접촉 압력이 증가함에 따라 더 이상 급격히 증가하지 않습니다. 전극 스트립이 경화되므로 상대 밀도의 변화는 평평한 곡선이 됩니다.
압연 공정 중 배터리 전극의 전기 슬러리 입자 변화는 매우 복잡합니다. 전기 슬러리 입자의 상대 밀도 증가는 주로 입자 변위에서 나타납니다. 이 변위는 입자 사이의 틈을 채우는 반면 입자의 작은 부분이 변형됩니다. 결과적으로 증가된 롤러 압력으로 인해 전기 슬러리 입자는 틈새가 채워진 후 상당한 변형을 겪지만 이 단계에서 약간의 변위도 발생합니다.
3. 압연품질에 영향을 미치는 요인
전지 전극 압연 장비로 인해 발생하는 전극 품질 문제는 주로 압연 후 전극 두께의 불균일성에 반영됩니다. 두께가 일정하지 않으면 전지 전극의 압축 밀도가 일정하지 않게 되며 이는 전지 성능의 균일성에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 전극 두께 균일성은 그림 4와 같이 가로 두께 균일성과 세로 두께 균일성을 포함합니다. 가로 및 세로 두께 불균일-의 원인은 서로 다릅니다.
전극 시트의 가로 두께 균일성에 영향을 미치는 주요 요인은 롤의 굽힘 변형, 밀 베이스의 강성, 주 하중-지지 구성 요소의 탄성 변형, 롤 압력 및 전극 시트 폭입니다. 밀 작동 중에 롤 압력은 롤과 밀 베이스의 변형을 일으키고 궁극적으로 롤 편향으로 나타나 전극 시트의 중앙이 더 두껍고 가장자리가 얇아지는 가로 두께 균일성이 발생합니다. 전극 시트의 세로 방향 두께 균일성에 영향을 미치는 주요 요인은 롤, 베어링 및 베어링 하우징의 가공 및 설치 정확도입니다. 주요 구성 요소의 가공 오류로 인해 롤 회전 중에 전극 시트에 작용하는 롤 압력이 주기적으로 변동하여 세로 방향으로 압축 두께가 고르지 않게 될 수 있습니다.
전극 시트 롤링의 품질에 영향을 미치는 다른 요소로는 장력 제어 장치, 정렬 장치, 슬라이싱 장치 및 먼지 제거 장치가 있습니다. 압연 과정에서 전극 시트에는 일정한 장력이 필요합니다. 장력이 부족하면 주름이 생길 수 있고, 장력이 너무 많으면 파손이 발생할 수 있습니다. 먼지 제거 장치는 압연 시 전극 시트 표면에 불순물로 인한 표면 결함이 나타나지 않도록 합니다. 보정 장치와 트리밍 장치는 주로 전극 시트의 절단 치수 정확도에 영향을 미칩니다.
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