Valtsimisprotsess, mis viiakse läbi liitium{0}}ioonaku elektroodidel pärast katmist ja kuivatamist, on tootmisprotsessi oluline etapp. Lihtsamalt öeldes on valtsimine protsess, mis kasutab suure-tonnaažiga valtspingi survet, et tihendada voolukollektori (alumiinium- või vaskfoolium) lahtine poorne aktiivmaterjalist kate tihedaks õhukeseks kileks.
See samm on hädavajalik peamiselt järgmistel põhieesmärkidel:
1. Energiatiheduse suurendamine
See on kõige otsesem eesmärk. Pärast katmist on elektroodi pinnal olev aktiivne materjal (nagu liitiumkoobaltoksiid, liitiumraudfosfaat, grafiit jne) lahtises, granuleeritud agregaatseisundis ning osakeste vahel on arvukalt tühimikke.
Mõju: Rulltihendamise kaudu vähenevad osakestevahelised tühimikud, suurendades mahuühikusse mahutava aktiivse materjali massi, suurendades seeläbi otseselt raku mahulist energiatihedust. Piiratud rakuruumi saab pakkida rohkem energiat.
2. Sisemise takistuse vähendamine ja kiiruse jõudluse parandamine
Aku sisetakistus mõjutab otseselt selle laadimis- ja tühjenemiskiirust ning soojuse teket.
Kontakti takistus:Enne veeremist on kontaktpunktid aktiivse materjali osakeste ning aktiivse materjali ja voolukollektori vahel vaid füüsilised, mille tulemuseks on pikk elektronide transporditee ja suur takistus. Pärast valtsimist osakesed tasandatakse ja paigutatakse ümber, moodustades pinnakontakti või tihedama punktkontakti, konstrueerides stabiilse juhtiva võrgustiku. Samal ajal suureneb märkimisväärselt sidumisjõud aktiivse materjali kihi ja voolukollektori vahel. See vähendab oluliselt aku oomilist sisemist takistust, võimaldades elektronidel kiiresti liikuda, toetades seega kõrget-voolu laadimist ja tühjenemist (kõrge-kiirusega jõudlus) ning soojuse teket laadimise ja tühjenemise ajal.
3. Parem tsükli eluiga
Kui elektrood ei ole rullitud või on ebapiisavalt tihendatud, tekib aku laadimis- ja tühjenemistsüklite ajal stabiilsusprobleeme.
Delaminatsiooni pärssimine:Rullimine suurendab katte ja voolukollektori vahelist koorumist. Kui kate on lahti, võib see korduvate laadimis- ja tühjendustsüklite käigus fooliumi küljest lahti eralduda või peenestuda (liitiumioonide sisestamine ja ekstraheerimine põhjustab aktiivse materjali mahu laienemist ja kokkutõmbumist), mis põhjustab kiiret mahu vähenemist.
Struktuurne stabiilsus:Tihe elektroodi struktuur piirab paremini aktiivse materjali mahu muutusi rattasõidu ajal, säilitades elektroodi struktuuri terviklikkuse ja pikendades seega aku kasutusiga.
ACEY-HRP100rulli pressimismasinsobib peamiselt akumaterjalide elektriliseks valtsimiseks laboris, väikeses koguses väärismetallide (nt kuld ja hõbe) ning värviliste materjalide (nt vask ja alumiinium) elektriliseks valtsimiseks teatud temperatuuril. Valtsimise paksus on reguleeritav ja toiming on lihtne. See sobib eriti hästi puhaste energiamaterjalide liitiumaku poolusplaatide harvendamiseks ja tiheduse suurendamiseks.
4. Paksuse ühtluse ja järgnevate protsesside kontrollimine
Paksuse ühtlus:Kerimis- või virnastamisprotsess seab elektroodilehtede paksuse tolerantsile äärmiselt ranged nõuded. Kui elektroodilehti ei rullita, kõigub katte paksus tugevalt ja pind on ebatasane, mistõttu on järgneval mähimisel võimalik vale joondamine. Virnastamise ajal võib ebaühtlane paksus separaatori läbi torgata, põhjustades lühiseohu.
Paksuse vähendamine:Valtsitud elektroodilehtede paksus on tavaliselt ainult 60–80% katte algsest paksusest. See säästab ruumi järgnevate kerimis-/virnastamisprotsesside jaoks, mis on kasulik rakkude miniaturiseerimiseks.
5. Poorsuse optimeerimine
Rullimine ei tähenda võimalikult tihedat vajutamist; pigem on see poorsuse kontrollimine mõistlikus vahemikus.
Võtme saldo:Sobiv poorsus (tavaliselt 25%-35% liitium-ioonanoodidel ja 20%-30% katoodidel) tagab nii piisava elektrolüütide hoiuruumi, tagades sujuvad liitiumioonide transpordikanalid tahke ja vedela faasi vahel (ioonjuhtivus) kui ka piisava elektroonilise juhtivuse. Rullvormimine on oluline vahend selle tasakaalu saavutamiseks elektroonilise ja ioonjuhtivuse vahel.
Kokkuvõtteks:Ilma rullimisprotsessita on elektroodil käsnataoline struktuur. Sellistel elektroodidel ei ole mitte ainult madal energiatihedus, vaid neil on ka halb elektrooniline juhtivus ja nõrk side voolukollektoriga, mistõttu need on altid sellistele probleemidele nagu kõrge polarisatsioon, tugev kuumuse teke, liitiumkatmine (negatiivne elektrood) ja pulbri eraldumine laadimise ja tühjenemise ajal. Selle tulemusena ei vasta akud kaubandusliku tsükli eluea ja ohutusnõuetele.
Lisamärkus:Kuigi rullvormimine on kriitiline, tuleb tihendustihedust täpselt reguleerida erinevate materjalisüsteemide põhjal (nt liitiumraudfosfaat on tihendamise suhtes tundlik, samas kui kolmekomponentsed materjalid nõuavad sitkuse tasakaalu). Liigne kokkusurumine põhjustab liiga madalat poorsust, muutes elektrolüüdi märgumise keeruliseks ja takistades liitiumioonide transporti, mis kahjustab aku jõudlust ja võib rasketel juhtudel isegi põhjustada elektroodide haprust ja purunemist. Seetõttu on rullvormimisprotsess sageli kvaliteedikontrolli põhiaspekt.