배터리 전극 캘린더링 기계의 원리와 기능

리튬 이온 배터리는 전기 자동차, 가전 제품, 에너지 저장 및 항공 우주와 같은 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 리튬 이온 배터리의 성능과 품질은 전극 재료와 처리 방법에 따라 달라집니다. 전극 제조의 핵심 공정 중 하나는 한 쌍의 롤러로 집전 호일에 코팅된 전극 슬러리를 압축하는 캘린더링입니다. 캘린더링은 전극의 밀도, 전도성, 접착력 및 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 두께와 다공성을 감소시킬 수 있습니다. 그러나 캘린더링에는 균열, 박리, 응력 축적 및 용량 손실과 같은 몇 가지 단점도 있습니다. 따라서 캘린더링 매개변수를 최적화하고 다양한 전극 유형 및 사양에 적합한 장비를 선택하는 것이 중요합니다.

배터리 전극 캘린더링 기계 (롤링 프레스 기계) 는 반대 방향으로 회전하고 통과하는 재료에 압력을 가하는 두 개 이상의 롤러로 구성된 장치입니다. 2롤, 3롤, 4롤 및 다중 롤 캘린더와 같은 다양한 유형의 캘린더 기계가 있습니다. 이중 2롤 캘린더는 리튬 이온 배터리 전극 캘린더링에 가장 일반적으로 사용되는 캘린더입니다. 2롤 캘린더에는 간격과 압력을 조절할 수 있는 2개의 원통형 롤러가 있습니다. 전극 호일은 갭으로 공급되고 롤러에 의해 압축됩니다. 간격과 압력을 조절하여 전극의 두께와 밀도를 조절할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리 전극용 2롤 캘린더링 기계의 적용 범위는 전극 재료, 코팅 방법, 코팅 두께, 롤러 재료, 롤러 직경, 롤러 속도 및 롤러 온도와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 2롤 캘린더링 기계는 보통 코팅 두께(10-50 미크론), 고밀도(1.5-2 g/cm3) 및 낮은 다공성(30-40%)을 가진 전극에 적합합니다. 롤러 재질은 강철 또는 크롬 도금 강철과 같이 단단하고 매끄러워야 합니다. 롤러 직경은 전극 호일에 과도한 굽힘 응력이 발생하지 않도록 충분히 커야 합니다. 롤러 속도는 미끄러지거나 찢어지지 않도록 공급 속도와 일치해야 합니다. 롤러 온도는 전극의 열 팽창 또는 수축을 피하기 위해 상온 또는 약간 더 높게 유지해야 합니다.

리튬 이온 배터리 전극용 2롤 캘린더링 기계의 작동 원리는 탄성-소성 변형 이론을 기반으로 합니다. 전극박이 롤러 사이의 틈으로 들어가면 먼저 탄성변형이 일어나기 때문에 언  로딩 후 원래의 형상을 회복할 수 있다. 압력이 증가함에 따라 전극 호일은 항복점에 도달하고 소성 변형을 겪습니다. 즉, 언로딩 후에도 일부 영구 변형이 유지됩니다. 소성 변형은 전극의 두께를 줄이고 밀도를 높일 수 있습니다. 그러나 압력이 너무 높으면 균열, 박리 또는 용량 손실과 같은 전극 구조 및 특성에 돌이킬 수 없는 손상이 발생할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리 전극 용 배터리 전극 캘린더링 기계 의 장비 기능은 물리적 매개변수를 최적화하여 전극의 성능과 품질을 향상시키는 것입니다. 2롤 캘린더링 기계를 사용하여 다음을 달성할 수 있습니다.

- 더 높은 밀도: 캘린더링은 활물질 입자의 충진 밀도를 높이고 입자 사이의 공극을 줄일 수 있습니다. 이는 전극의 전도성, 용량 및 사이클 수명을 향상시킬 수 있습니다.

- 더 낮은 두께: 캘린더링은 전극의 두께를 줄이고 비용량(단위 면적당 용량)을 증가시킬 수 있습니다. 이를 통해 배터리의 무게와 부피를 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있습니다.

- 더 나은 접착력: 캘린더링은 활물질 층과 집전 호일 사이는 물론 전극의 다른 층(예: 바인더, 전도성 첨가제 및 분리막) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 이것은 전극의 기계적 강도와 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

- 균일한 다공성: 캘린더링은 전극에 균일한 기공 분포를 생성하여 전해질 침투 및 이온 수송을 용이하게 할 수 있습니다. 이것은 배터리의 속도 성능과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.