리튬이온전지 전극: 압연공정의 공정관리 및 주의사항

1. 롤러 프레스 기계 소개

배터리 롤러 프레스 기계 전지전극을 롤링하는 장치로, 리튬전지 제조의 핵심장비 중 하나입니다. 주요 목적은 전지의 방전 용량 증가, 내부 저항 감소, 분극 손실 감소, 전지의 사이클 수명 연장, 전지 전극에 활물질을 압축시켜 리튬이온 전지의 활용률을 높이는 것입니다. 생산 과정에서 리튬 배터리 전극은 일반적으로 배터리 롤링 프레스 기계로 압축되어 전극이 배터리의 충전 및 방전 과정에 더 잘 적응할 수 있으므로 배터리의 에너지 밀도와 안정성이 향상됩니다. 롤러 프레스 기계는 리튬 배터리 제조에서 핵심적인 역할을 하며, 그 기술 매개변수는 배터리의 품질과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

2.압연의 목적

압연의 필요성: 전극을 코팅하고 건조시킨 후 활물질과 집전박 사이의 박리 강도는 매우 낮습니다. 이때, 전해액 침지 및 전지 사용시 박리를 방지하기 위해 활물질과 호일의 결합력을 높이기 위해 롤링을 해줄 필요가 있다.

롤링의 목적은 다음과 같습니다.

코팅 표면의 거친 부분이 다이어프램을 뚫고 단락되는 것을 방지하기 위해 전극 표면이 매끄럽고 평평한지 확인하십시오.

전극 코팅재를 압축하여 전극의 부피를 줄여 배터리의 에너지 밀도를 높입니다.

활물질과 도전제 입자를 더 가깝게 접촉시켜 전자 전도성을 향상시킵니다.

코팅재와 집전체 사이의 결합력을 강화하고, 전지 전극 사이클 중 분말 손실 발생을 감소시키며, 전지의 사이클 수명 및 안전 성능을 향상시킵니다.

3. 폴피스 압연공정 및 제어

롤링 공정

전지 전극을 롤링하는 과정은 롤러와 전지 전극 사이의 마찰에 의해 전지 전극이 회전하는 롤러 안으로 들어가고 전지 전극이 압축 변형되는 과정입니다. 배터리 전극의 롤링은 강철 블록의 롤링과 다릅니다. 철강 압연 공정은 철 분자가 세로 방향으로 확장되고 수평 방향으로 팽창하는 공정이며 압연 공정 중에 밀도가 변하지 않습니다. 배터리 전극의 롤링은 양극판과 음극판의 배터리 재료가 압축되는 공정입니다. 배터리 전극을 롤링할 때 롤링 힘은 너무 크거나 작아서는 안 되며, 배터리 전극 재료의 특성과 일치해야 합니다.

지역 I은 첫 번째 단계입니다. 이 단계에서 롤링 력이 점차 증가하기 시작하면 전극의 밀도가 급격히 증가합니다. 이 단계에서는 전극재료 입자가 변위되고 기공구조가 채워지기 때문이다. 첫 번째 단계는 일반적으로 슬라이딩 단계라고 합니다. 이 단계는 세 단계 중 전극 밀도의 증가 속도가 가장 빠른 단계이다.

지역 II는 두 번째 단계입니다. 전극 재료의 기공 구조가 첫 번째 단계에서 채워지기 때문에 전극 코팅 재료의 밀도가 고정 값에 도달하고 두 번째 단계에서 전극을 굴릴 때 특정 압축 변형 저항이 나타납니다. 첫 번째 단계와 비교하면 이 단계에서는 롤링 힘이 계속 증가하지만 전극 밀도의 증가 속도는 감소합니다. 미시적인 관점에서 볼 때, 이는 이 단계에서 전극 코팅재 입자의 변위가 이미 매우 작지만 코팅재 입자의 큰 변위 운동이 아직 시작되지 않았기 때문입니다.

지역 III은 세 번째 단계로 구분됩니다. 롤링 력이 특정 크기를 초과하면 롤링 력이 증가함에 따라 배터리 전극의 밀도가 증가하기 시작하고 증가율이 점차 감소합니다. 이는 압연력이 일정 값을 초과하게 되면 점차적으로 전극 도료 입자의 변위가 시작되고, 다시 전극의 밀도가 증가하기 시작하기 때문이다. 압연력이 특정 값 이상으로 증가하면 전극 코팅재의 변형이 더욱 심해져 가공 경화가 발생합니다. 이때 롤링력이 계속 증가하면 전극 코팅재가 더 변형되기 어려워진다. 따라서 결국 롤링력이 계속 증가할수록 전극의 밀도는 크게 증가하지 않고, 증가폭도 감소하게 된다.

4. 압연공정의 문제점과 해결방법

전극의 두께가 고르지 않음: 전극코팅의 두께불균일, 롤러의 동축오차, 롤러의 원통형 오차, 롤러의 비평행 접촉부스바, 롤러의 축방향 편향 변형, 압연 장비 등의 강성 및 안정성이 좋지 않습니다. 측면 두께가 고르지 않습니다. 전극을 압연하는 과정에서 왼쪽 전극 시트와 오른쪽 전극 시트의 두께가 일치하지 않는 경우가 많습니다. 전극의 두께가 왼쪽과 오른쪽에서 일치하지 않는 경우 먼저 전극 코팅 공정의 영향을 제거해야 합니다. 롤링되지 않은 전극의 두께가 왼쪽과 오른쪽에서 일정할 때 롤링 후 전극의 압축 밀도가 일정하도록 왼쪽과 오른쪽에서 롤링 압력을 조정해야 합니다. 압연 공정 중에 압력이 변하는 것을 방지하기 위해 압연 공정 중에 전극을 정시에 테스트해야 합니다. 세로 두께가 고르지 않습니다. 압연 후 전극이 요구 사항을 충족하는 경우도 있지만 슬리팅 중에 두께가 증가합니다. 이것이 전극의 반발 현상이다. 전극 내부에 물이 많아지고 압연 시 속도가 너무 빨라 전극이 튕겨 나오는 현상이 발생합니다. 전극의 반발 문제는 Hot Roller 공정을 이용하고 Rolling 속도를 조절함으로써 해결할 수 있습니다.

전극에는 낫 모양의 굴곡이 있습니다. 이러한 상황은 주로 부스바에 접촉하는 두 개의 롤러가 평행하지 않거나 양면의 전극 코팅 두께가 다르기 때문에 발생합니다. 모서리 두께가 중간 부분보다 수 마이크론 또는 10 마이크론 이상 크기 때문에 전극에 롤러 압력을 가할 때 모서리 두께가 큰 부분은 더 큰 롤링 힘을 견디므로 전극 롤링 압축의 측면 밀도가 일관되지 않습니다. , 압연 후 전극의 심각한 뒤틀림을 초래하고 후속 슬리팅 공정에도 악영향을 미칩니다. 뒤틀림을 제어하려면 전극 코팅의 품질을 제어하는 것이 핵심입니다. 슬러리의 표면 장력, 펌프 압력, 벨트 속도 및 롤링 압력과 같은 매개 변수를 제어함으로써 전극의 뒤틀림을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 물론 이는 설계 요구사항을 충족한다는 조건 하에서이다.

전극에는 물결 모양의 가장자리가 있습니다. 이러한 상황은 주로 전극 압연 공정 중 연신율이 크기 때문에 발생합니다. 유발 요인으로는 롤러 몸체의 작은 직경, 전극 롤링 전의 작은 장력, 전극 두께의 큰 압축, 전극 코팅 양면의 부풀음 등이 있습니다. 전극을 롤링하면 활성 물질이 각각 압착됩니다. 다른 구리 호일과 알루미늄 호일에 특정 압력을 가하면 특정 확장이 발생합니다. 압연 시 활물질이 코팅되지 않은 부분은 늘어나지 않았으나, 활물질이 코팅된 전극은 롤러 압력을 받아 늘어나는 현상을 보였다. 불균일하게 늘어나는 현상은 외관상 호일 스트립의 가장자리에 물결 모양의 주름을 형성했으며 평행한 물결 표시는 호일 스트립의 이동 방향에 수직이었습니다.

전극 표면에 어두운 줄무늬가 나타납니다. 이러한 상황은 주로 롤러 표면의 진동 자국, 롤러 본체의 큰 원통형 오류, 작고 불균일한 전면 장력으로 인해 발생합니다.

전극 컬링: 이러한 상황은 전극의 과도한 신장으로 인해 발생합니다. 해결책은 주로 롤러 본체 직경을 늘리고, 전극의 압축을 줄이고, 전극의 전면 및 후면 장력을 조정하는 것입니다.

전극의 벨트가 파손되었습니다. 이러한 상황은 주로 불균일하고 불안정한 장력, 장력 신속 응답 메커니즘의 부족, 전극 코팅 가장자리의 심각한 돌출로 인해 발생합니다. 예를 들어, 코팅 과정에서 전극 표면에 작은 입자 및 기타 고르지 않은 질감이 있는 경우 롤링 중에 작은 입자가 이중 롤러의 압력으로 호일 스트립쪽으로 압착됩니다. 더 부드러운 입자는 분말로 부서진 다음 떨어질 수 있으며, 더 단단한 입자는 호일 스트립을 압착하여 호일 스트립에 구멍을 일으키거나 호일 스트립이 파손될 수도 있습니다. 코팅 과정에서 전극의 표면 밀도가 다르면 롤링 과정에서 한 부분은 오버롤링되고 다른 부분은 언더롤링됩니다. 전극 테이프 작동 과정에서 동일한 장력 제어 하에서 일부 활물질은 롤러 압력이 불충분한 곳에서 떨어지거나 호일을 깨뜨릴 수도 있습니다. 권취 장력을 조절하고 큰 입자가 전극 표면에 떨어지는 것을 방지하면 전극 파손을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

전극 양쪽의 장력은 다릅니다. 이러한 상황은 주로 롤러 축과 각 롤러 축의 비평행성으로 인해 발생하며, 이는 각 롤러 축의 평행성을 조정하여 해결할 수 있습니다.

롤러 표면에 패인 부분이 있습니다. 이러한 상황은 롤러 표면의 피로 피팅으로, 주로 고르지 않은 롤러 재료 및 열처리 금속 조직 구조, 롤러 표면의 피로 강도 저하 및 롤러 표면 거칠기와 관련이 있습니다.

폴 시트 압연 두께 반동: 이러한 상황은 주로 압연 후 극 시트의 큰 잔류 탄성 변형과 높은 환경 습도로 인해 발생합니다. 열간 압연, 느린 압연, 고속 압연, 환경 상대 습도 감소 및 기타 조치를 시도할 수 있습니다.

폴 시트 플레이트 불균일: 이러한 상황은 주로 폴 시트의 불균일한 롤링 변형, 작고 불균일한 전후 장력 또는 폴 시트 코팅 두께 오류로 인해 발생합니다.

요약하면, 리튬 배터리 롤러 프레스 기계는 리튬 배터리 제조에 중요한 역할을 합니다. 이는 배터리의 성능과 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 생산 비용을 절감하고 리튬 배터리 기술 개발을 지원하고 보장합니다.

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