El principio y la función de la máquina de calandrado de electrodos de batería

Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en diversos campos, como los vehículos eléctricos, la electrónica de consumo, el almacenamiento de energía y la industria aeroespacial. El rendimiento y la calidad de las baterías de iones de litio dependen de los materiales de los electrodos y sus métodos de procesamiento. Uno de los procesos clave en la fabricación de electrodos es el calandrado, que es la compresión de la suspensión de electrodos que recubre la lámina colectora de corriente mediante un par de rodillos. El calandrado puede mejorar la densidad, la conductividad, la adhesión y la resistencia mecánica del electrodo, así como reducir el espesor y la porosidad. Sin embargo, el calandrado también tiene algunos inconvenientes, como el agrietamiento, la delaminación, la acumulación de tensiones y la pérdida de capacidad. Por lo tanto, es importante optimizar los parámetros de calandrado y seleccionar el equipo apropiado para diferentes tipos y especificaciones de electrodos.

Una máquina de calandrado de electrodos de batería (máquina de prensa rodante) es un dispositivo que consta de dos o más rodillos que giran en direcciones opuestas y aplican presión al material que pasa a través de ellos. Hay varios tipos de máquinas de calandrado, como calandras de dos rodillos, tres rodillos, cuatro rodillos y varios rodillos. Entre ellas, la calandria de dos rodillos es la más utilizada para el calandrado de electrodos de baterías de iones de litio. Una calandria de dos rodillos tiene dos rodillos cilíndricos con separación y presión ajustables. La lámina de electrodo se introduce en el hueco y los rodillos la comprimen. El grosor y la densidad del electrodo se pueden controlar ajustando el espacio y la presión.

El ámbito de aplicación de la calandradora de dos rodillos para electrodos de batería de iones de litio depende de varios factores, como el material del electrodo, el método de revestimiento, el grosor del revestimiento, el material del rodillo, el diámetro del rodillo, la velocidad del rodillo y la temperatura del rodillo. En términos generales, la máquina de calandrado de dos rodillos es adecuada para electrodos con espesor de recubrimiento moderado (10-50 micras), alta densidad (1,5-2 g/cm3) y baja porosidad (30-40%). El material del rodillo debe ser duro y liso, como acero o acero cromado. El diámetro del rodillo debe ser lo suficientemente grande para evitar una tensión de flexión excesiva en la lámina del electrodo. La velocidad del rodillo debe coincidir con la velocidad de alimentación para evitar deslizamientos o roturas. La temperatura del rodillo debe mantenerse a temperatura ambiente o ligeramente más alta para evitar la expansión o contracción térmica del electrodo.

El principio de funcionamiento de la calandradora de dos rodillos para electrodos de baterías de iones de litio se basa en la teoría de la deformación elástico-plástica. Cuando la lámina del electrodo entra en el espacio entre los rodillos, primero sufre una deformación elástica, lo que significa  que puede recuperar su forma original después de la descarga. A medida que aumenta la presión, la lámina del electrodo alcanza su límite elástico y sufre una deformación plástica, lo que significa que retiene una deformación permanente después de la descarga. La deformación plástica puede reducir el espesor y aumentar la densidad del electrodo. Sin embargo, si la presión es demasiado alta, puede causar daños irreversibles a la estructura y las propiedades del electrodo, como agrietamiento, deslaminación o pérdida de capacidad.

La función del equipo de la calandradora de electrodos de batería para electrodos de batería de iones de litio es mejorar el rendimiento y la calidad de los electrodos mediante la optimización de sus parámetros físicos. Mediante el uso de una máquina de calandrado de dos rodillos, se puede lograr:

- Mayor densidad: el calandrado puede aumentar la densidad de empaquetamiento de las partículas de material activo y reducir el espacio vacío entre ellas. Esto puede mejorar la conductividad, la capacidad y el ciclo de vida del electrodo.

- Menor espesor: El calandrado puede reducir el espesor del electrodo y aumentar su capacidad específica (capacidad por unidad de área). Esto puede reducir el peso y el volumen de la batería y mejorar su densidad de energía.

- Mejor adherencia: el calandrado puede mejorar la adherencia entre la capa de material activo y la lámina colectora de corriente, así como entre diferentes capas del electrodo (como aglutinante, aditivo conductor y separador). Esto puede mejorar la resistencia mecánica y la estabilidad del electrodo.

- Porosidad uniforme: el calandrado puede crear una distribución uniforme de poros en el electrodo, lo que puede facilitar la infiltración de electrolitos y el transporte de iones. Esto puede mejorar el rendimiento de la tasa y la seguridad de la batería.