電池電極カレンダー加工機の原理と機能

リチウムイオン電池は、電気自動車、家庭用電化製品、エネルギー貯蔵、航空宇宙などのさまざまな分野で広く使用されています。リチウムイオン電池の性能と品質は、電極の材質とその加工方法によって決まります。電極製造における重要なプロセスの 1 つはカレンダー加工です。これは、集電箔上にコーティングされた電極スラリーを一対のローラーで圧縮することです。カレンダー加工により、電極の密度、導電性、接着力、機械的強度が向上し、厚みと気孔率が減少します。ただし、カレンダー加工には、亀裂、層間剥離、応力の蓄積、容量損失などの欠点もあります。したがって、カレンダー加工パラメーターを最適化し、さまざまな電極の種類や仕様に適した装置を選択することが重要です。

電池電極カレンダー加工機（ローリングプレス機）は、逆方向に回転する2つ以上のローラーで構成され、それらを通過する材料に圧力を加える装置です。カレンダー加工機には、2本ロール、3本ロール、4本ロール、マルチロールカレンダーなど、さまざまな種類があります。このうち、リチウムイオン電池電極のカレンダー加工には2本ロールカレンダーが最もよく使われています。2 ロール カレンダーには、ギャップと圧力を調整できる 2 つの円筒形ローラーが付いています。電極箔はギャップに送り込まれ、ローラーによって圧縮されます。ギャップと圧力を調整することで、電極の厚さと密度を制御できます。

リチウムイオン電池電極用の2本ロールカレンダー加工機の適用範囲は、電極材料、コーティング方法、コーティング厚さ、ローラー材質、ローラー直径、ローラー速度、ローラー温度などのいくつかの要因によって異なります。一般に、2 ロールカレンダー加工機は、適度なコーティング厚さ (10 ～ 50 ミクロン)、高密度 (1.5 ～ 2 g/cm3)、および低気孔率 (30 ～ 40%) の電極に適しています。ローラーの材質は、スチールまたはクロムメッキスチールなど、硬くて滑らかなものである必要があります。ローラーの直径は、電極箔に過度の曲げ応力がかからないように十分な大きさにする必要があります。滑りや破れを避けるために、ローラーの速度は送り速度と一致させる必要があります。電極の熱膨張や熱収縮を避けるために、ローラーの温度は室温またはそれよりわずかに高い温度に保つ必要があります。

リチウムイオン電池電極用の 2 ロールカレンダー加工機の動作原理は、弾塑性変形理論に基づいています。電極箔がローラーの隙間に入り込むと、まず弾性変形が起こり、 除荷後は元の形状に戻ります。圧力が増加すると、電極箔は降伏点に達し、塑性変形します。これは、電極箔が除荷後もある程度の永久変形を保持することを意味します。塑性変形により電極の厚さが減少し、密度が増加します。ただし、圧力が高すぎると、亀裂、層間剥離、容量損失など、電極の構造や特性に不可逆的な損傷が生じる可能性があります。

リチウムイオン電池電極用の電池電極カレンダー加工機の設備機能は、物理パラメータを最適化することで電極の性能と品質を向上させることです。2 ロールカレンダー加工機を使用すると、次のことが実現できます。

-高密度:カレンダー加工により、活物質粒子の充填密度が高まり、活物質粒子間の空隙が減少します。これにより、電極の導電性、容量、サイクル寿命が向上します。

- 厚みを薄くする:カレンダー加工により電極の厚みを減らし、比容量 (単位面積あたりの容量) を増やすことができます。これにより、バッテリーの重量と体積が軽減され、エネルギー密度が向上します。

- 接着性の向上:カレンダー加工により、活物質層と集電箔の間、および電極の異なる層 (バインダー、導電性添加剤、セパレーターなど) 間の接着性が向上します。これにより、電極の機械的強度と安定性を向上させることができます。

- 均一な多孔性:カレンダー加工により、電極内に均一な細孔分布を作成でき、電解液の浸透とイオン輸送が促進されます。これにより、バッテリーのレートパフォーマンスと安全性が向上します。