Postopek valjanja, ki se izvede na elektrodah litij{0}}ionske baterije po premazu in sušenju, je ključni korak v proizvodnem procesu. Preprosto povedano, valjanje je postopek, ki uporablja pritisk visoko{2}}tonažne valjarne za stiskanje ohlapne, porozne prevleke iz aktivnega materiala na tokovnem zbiralniku (aluminijasta ali bakrena folija) v gost tanek film.
Ta korak je nepogrešljiv predvsem za naslednje ključne namene:
1. Povečanje energijske gostote
To je najbolj neposreden namen. Po nanosu je aktivni material na površini elektrode (kot je litijev kobaltov oksid, litijev železov fosfat, grafit itd.) v ohlapnem, zrnatem agregatnem stanju s številnimi prazninami med delci.
Učinek: S stiskanjem kotaljenja se praznine med delci zmanjšajo, s čimer se poveča masa aktivnega materiala, ki se lahko sprejme na enoto prostornine, s čimer se neposredno poveča volumetrična energijska gostota celice. Več energije je mogoče zapakirati v omejen celični prostor.
2. Zmanjšanje notranjega upora in izboljšanje hitrosti
Notranji upor baterije neposredno vpliva na njeno hitrost polnjenja in praznjenja ter nastajanje toplote.
Kontaktna odpornost:Pred kotaljenjem so kontaktne točke med delci aktivnega materiala ter med aktivnim materialom in zbiralnikom toka le fizične, kar ima za posledico dolgo transportno pot elektronov in visoko odpornost. Po kotaljenju se delci sploščijo in prerazporedijo, tvorijo površinski stik ali tesnejši točkovni stik, ki tvori stabilno prevodno mrežo. Hkrati se bistveno poveča vezna sila med plastjo aktivnega materiala in odjemnikom toka. To močno zmanjša ohmski notranji upor baterije, kar omogoča hitro premikanje elektronov, s čimer podpira visoko-tokovno polnjenje in praznjenje (visoka-zmogljivost) in zmanjša nastajanje toplote med polnjenjem in praznjenjem.
3. Izboljšana življenjska doba cikla
Če elektroda ni zvita ali ni dovolj stisnjena, bo med cikli polnjenja in praznjenja baterije naletela na težave s stabilnostjo.
Zatiranje delaminacije:Valjanje poveča trdnost lupljenja med prevleko in odjemnikom toka. Če je prevleka ohlapna, se med ponavljajočimi se cikli polnjenja in praznjenja (vstavljanje in ekstrakcija litij-ionov, ki povzročata razširitev volumna in krčenje aktivnega materiala) nagibajo k odstopanju od folije ali zdrobitvi v prah, kar vodi do hitrega upada zmogljivosti.
Strukturna stabilnost:Gosta elektrodna struktura bolje omejuje spremembe volumna aktivnega materiala med kroženjem, ohranja celovitost elektrodne strukture in tako podaljšuje življenjsko dobo baterije.
ACEY-HRP100stroj za stiskanje zvitkovje predvsem primeren za električno valjanje baterijskih materialov v laboratoriju, majhne količine materialov iz plemenitih kovin, kot sta zlato in srebro, in ne{0}}neželeznih materialov, kot sta baker in aluminij, pri določeni temperaturi. Debelina valjanja je nastavljiva, upravljanje pa preprosto. Posebej je primeren za redčenje in povečanje gostote polov litijeve baterije iz čistih energetskih materialov.
4. Nadzor enakomernosti debeline in kasnejših procesov
Enakomernost debeline:Postopek navijanja ali zlaganja postavlja izjemno stroge zahteve glede tolerance debeline elektrodnih plošč. Če plošče elektrode niso valjane, debelina prevleke močno niha in površina je neravna, zaradi česar je možna neporavnanost med nadaljnjim navijanjem. Med zlaganjem lahko neenakomerna debelina preluknja separator, kar povzroči tveganje kratkega stika.
Zmanjšanje debeline:Debelina valjanih plošč elektrod je običajno le 60%-80% prvotne debeline prevleke. To prihrani prostor za poznejše postopke navijanja/zlaganja, kar je koristno za miniaturizacijo celic.
5. Optimizacija poroznosti
Pri valjanju ne gre za stiskanje čim bolj na gosto; namesto tega gre za nadzor poroznosti v razumnem območju.
Stanje ključa:Ustrezna poroznost (običajno 25 %-35 % za litij-ionske anode in 20 %-30 % za katode) zagotavlja zadosten prostor za shranjevanje elektrolitov, ki zagotavlja gladke transportne kanale litij-ionov med trdno in tekočo fazo (ionska prevodnost), ter zadostno elektronsko prevodnost. Valjanje je ključno sredstvo za doseganje tega ravnovesja med elektronsko in ionsko prevodnostjo.
Za zaključek:Brez postopka valjanja bo imela elektroda "spu-podobno" strukturo. Takšne elektrode nimajo samo nizke energijske gostote, temveč imajo tudi slabo elektronsko prevodnost in šibko vez s tokovnim zbiralnikom, zaradi česar so nagnjene k težavam, kot so visoka polarizacija, močno nastajanje toplote, litijeva plast (negativna elektroda) in razsipavanje prahu med polnjenjem in praznjenjem. Posledica tega je, da baterije ne izpolnjujejo komercialnega cikla življenjske dobe in varnostnih zahtev.
Dodatna opomba:Medtem ko je valjanje ključnega pomena, je treba gostoto stiskanja natančno nadzorovati na podlagi različnih materialnih sistemov (npr. litijev železov fosfat je občutljiv na stiskanje, medtem ko trojni materiali zahtevajo ravnovesje žilavosti). Prekomerno-stiskanje vodi do pretirano nizke poroznosti, kar oteži vlaženje elektrolita in ovira transport litij-ionov, kar škodi delovanju baterije in lahko celo povzroči krhkost in zlom elektrod v hujših primerih. Zato je postopek valjanja pogosto osrednji vidik nadzora kakovosti.