El proceso de laminado, que se realiza en los electrodos de las baterías de iones de litio-después del recubrimiento y el secado, es un paso crucial en el proceso de fabricación. En pocas palabras, el laminado es un proceso que utiliza la presión de un laminador de alto-tonelaje para compactar el recubrimiento de material activo poroso y suelto del colector de corriente (lámina de aluminio o cobre) en una película delgada y densa.
Este paso es indispensable principalmente para los siguientes propósitos principales:
1. Aumento de la densidad energética
Este es el propósito más directo. Después del recubrimiento, el material activo sobre la superficie del electrodo (como óxido de cobalto y litio, fosfato de hierro y litio, grafito, etc.) se encuentra en un estado agregado granular suelto, con numerosos huecos entre las partículas.
Efecto: Mediante la compactación por rodadura, los huecos entre las partículas se reducen, lo que aumenta la masa de material activo que se puede acomodar por unidad de volumen, aumentando así directamente la densidad de energía volumétrica de la celda. Se puede empaquetar más energía en el espacio limitado de la celda.
2. Reducir la resistencia interna y mejorar el rendimiento de las tarifas
La resistencia interna de una batería afecta directamente a su velocidad de carga y descarga y a su generación de calor.
Resistencia de contacto:Antes de rodar, los puntos de contacto entre las partículas de material activo y entre el material activo y el colector de corriente son meramente físicos, lo que resulta en una larga ruta de transporte de electrones y una alta resistencia. Después de rodar, las partículas se aplanan y se reorganizan, formando un contacto superficial o un contacto puntual más estrecho, construyendo una red conductora estable. Al mismo tiempo se mejora considerablemente la fuerza de unión entre la capa de material activo y el colector de corriente. Esto reduce en gran medida la resistencia óhmica interna de la batería, lo que permite que los electrones se muevan rápidamente, lo que permite una carga y descarga de alta-corriente (rendimiento de alta-tasa) y reduce la generación de calor durante la carga y descarga.
3. Ciclo de vida mejorado
Si el electrodo no se enrolla o no está suficientemente compactado, enfrentará problemas de estabilidad durante los ciclos de carga y descarga de la batería.
Supresión de la delaminación:El laminado mejora la resistencia al pelado entre el revestimiento y el colector de corriente. Si el recubrimiento está suelto, es propenso a desprenderse de la lámina o pulverizarse durante ciclos repetidos de carga y descarga (inserción y extracción de iones de litio-que causan expansión de volumen y contracción del material activo), lo que lleva a una rápida disminución de la capacidad.
Estabilidad estructural:Una estructura de electrodo densa limita mejor los cambios de volumen del material activo durante el ciclo, manteniendo la integridad de la estructura del electrodo y extendiendo así la vida útil de la batería.
ACEY-HRP100máquina de prensado de rolloses principalmente adecuado para el laminado eléctrico de materiales de baterías en el laboratorio, una pequeña cantidad de materiales metálicos preciosos como oro y plata, y materiales no-ferrosos como cobre y aluminio a una temperatura determinada. El espesor del laminado es ajustable y el funcionamiento es sencillo. Es especialmente adecuado para adelgazar y aumentar la densidad de las placas polares de baterías de litio de materiales de energía limpia.
4. Control de la uniformidad del espesor y procesos posteriores
Uniformidad del espesor:El proceso de bobinado o apilado impone requisitos extremadamente estrictos a la tolerancia de espesor de las láminas de electrodos. Si las láminas de electrodos no se laminan, el espesor del recubrimiento fluctúa mucho y la superficie es desigual, lo que hace probable que se produzca una desalineación durante el bobinado posterior. Durante el apilado, el espesor desigual puede perforar el separador, provocando un riesgo de cortocircuito.
Reducción de espesor:El espesor de las láminas de electrodos laminadas suele ser sólo del 60 % al 80 % del espesor del revestimiento original. Esto ahorra espacio para procesos posteriores de bobinado/apilamiento, lo que resulta beneficioso para la miniaturización de las células.
5. Optimización de la porosidad
Enrollar no se trata de presionar lo más densamente posible; más bien, se trata de controlar la porosidad dentro de un rango razonable.
Saldo clave:Una porosidad adecuada (normalmente 25 %-35 % para los ánodos de iones de litio- y 20 %-30 % para los cátodos) garantiza suficiente espacio de almacenamiento de electrolitos, lo que garantiza canales de transporte de iones de litio fluidos entre las fases sólida y líquida (conductividad iónica), y una conductividad electrónica suficiente. El perfilado es un medio crucial para lograr este equilibrio entre la conductividad electrónica e iónica.
En conclusión:Sin el proceso de perfilado, el electrodo tendrá una estructura "parecida a una esponja". Dichos electrodos no solo tienen una baja densidad de energía, sino que también adolecen de una mala conductividad electrónica y una conexión débil con el colector de corriente, lo que los hace propensos a problemas como alta polarización, generación severa de calor, revestimiento de litio (electrodo negativo) y desprendimiento de polvo durante la carga y descarga. Esto da como resultado que las baterías no cumplan con los requisitos de seguridad y vida útil del ciclo comercial.
Nota adicional:Si bien el perfilado es fundamental, la densidad de compactación debe controlarse con precisión en función de los diferentes sistemas de materiales (por ejemplo, el fosfato de hierro y litio es sensible a la compactación, mientras que los materiales ternarios requieren un equilibrio de tenacidad). La compresión excesiva conduce a una porosidad excesivamente baja, lo que dificulta la humectación del electrolito y dificulta el transporte de iones de litio-, lo que es perjudicial para el rendimiento de la batería e incluso puede provocar fragilidad y rotura de los electrodos en casos graves. Por lo tanto, el proceso de perfilado suele ser un aspecto central del control de calidad.