롤링 압력이 전극의 압축 및 전도성에 미치는 영향

지속 가능한 현대 사회와 기후 목표의 맥락에서 배터리 에너지 저장 기술은 글로벌 자동차 산업의 변화와 글로벌 경제의 지속 가능한 성장을 위한 중요한 방향이 되었습니다. 리튬 이온 배터리(LIB )는 긴 주기 수명과 높은 속도 성능으로 인해 소비자, 전력 및 에너지 저장 시장에서 주요 에너지 저장 솔루션 중 하나가 되었습니다. 리튬 이온 배터리의 성능과 내구성. 따라서 생산 공정이 배터리에 미치는 영향을 깊이 이해하고 생산 공정의 특별한 요구 사항을 평가하는 것이 매우 중요합니다. 미래의 추세와 방향은 리튬 이온 배터리 재료의 변화에 ​​달려 있을 뿐만 아니라 생산 공정에도 달려 있습니다. 롤러 압축 공정은 간격 크기 또는 두 롤러 사이의 힘을 미리 설정하여 리튬 전극 시트의 원하는 압축 밀도를 보장합니다. 적절한 롤러 속도와 온도에서. 배터리 용량을 늘리고 전자 전도성 및 전기 화학적 성능을 향상시키기 위해 압연 기술로 리튬 이온 배터리 극편을 생산합니다. 압연 공정 중 전극 미세 구조의 진화와 영향에 대한 심층 연구 및 이해 전극의 최종 구조 및 성능에 대한 공정 파라미터는 전극을 보다 미세하게 제어하고 전반적인 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

2022년 장 등 ¹은 이산 요소법 수치 시뮬레이션과 롤링 테스트를 결합하여 폴 피스의 롤링 프로세스에 대한 체계적인 미시적 및 거시적 연구를 수행하고 헤켈 방정식을 사용하여 전극 압축 예측 모델을 보완했습니다. 그림 1은 도식입니다. 압축 과정 중 폴 피스의 응력 및 변위 곡선 다이어그램. 폴 피스 변형이 입자 분쇄, 2차 입자 융합, 바인더 네트워크 압축 및 전류 수집기 표면 변형과 관련되어 있음이 명확해졌습니다. 동시에, 연구 결과는 전자 전도도의 증가가 한편으로는 전극 내부의 개선된 전도 경로와 관련이 있고 다른 한편으로는 코팅과 전류 수집기 사이의 접촉 강화와 관련이 있음을 보여줍니다. 이 연구를 바탕으로 본 논문에서는 BER2500 시리즈 극편 저항 테스트 장비를 채택하여 다양한 압축 밀도, 즉 다양한 압연 압력에서 흑연 극편의 전도도를 테스트합니다. 동시에 장비의 플랫 프레싱 구조를 결합하여 폴 피스의 압축 성능을 테스트하고 분석하여 리튬 이온 배터리 폴 피스 압연 생산 공정 평가를 위한 새로운 방법을 제공합니다.

그림 1. 폴 피스의 힘-변위 곡선의 개략도

(녹색 부분은 실험 결과, 회색 부분은 시뮬레이션 결과)

실험장비 및 시험방법

1.1 실험 장비

시험 장비 모델은 BER2500 (IEST ), 전극 직경은 14mm, 인가 압력 범위는 5~60MPa이다. 장치는 그림 2(a) 및 2(b)에 나와 있습니다.

그림 2. (a) BER2500 외부 보기; (b) BER2500 구조도

1.2 샘플 준비 및 테스트

1.2.1 동일한 공정 공식 조건에서 슬러리를 균일하게 코팅한 후 소형, 중형 및 대형과 같은 다른 압력을 사용하여 롤 프레스를 수행하여 1/2/3/4에서 4종의 압축된 완성된 폴 피스를 얻습니다. 폴 피스 롤링의 압력은 1< ;2< ;3< ;4입니다. 4개의 폴 피스의 다짐밀도는 각각 절단두께-계량법으로 계산되며 다짐밀도도 1(1.35g/센티미터 ³)< ;2(1.5g/센티미터 ³)< ;3(1.6g/센티미터 ³)< ;3으로 나타난다. (1.6g/센티미터 ³) 센티미터 ³)< ;4 (1.65g/센티미터 ³) 즉, 압연압력이 증가함에 따라 다짐밀도도 증가하는 경향을 보인다.

1.2.2 정상 상태 테스트 모드를 사용하여 BER2500 장비와 결합하여 5-60MPa, 5MPa 간격 및 15초 동안 유지 압력을 사용하여 다짐 밀도가 다른 폴 피스의 압축 및 저항을 비교 및 ​​테스트합니다. 테스트의 구체적인 과정은 다음과 같습니다. 5MPa에서 일정 압력을 가하고 15초 동안 유지하면 폴 피스가 압축되고 폴 피스의 두께와 저항이 동시에 기록됩니다. 그런 다음 5MPa 간격으로 압력을 증가시킨 다음 폴 피스의 두께와 저항 등을 60MPa까지 기록하십시오. 그런 다음 가해진 압력을 점차적으로 줄여 언로드하고 두께와 저항을 기록합니다.

데이터 분석

다짐 밀도가 다른 4개의 전극을 얻은 후 정상 상태 모드를 사용하여 서로 다른 정량 압력 조건에서 폴 피스에 대한 로딩 압축-언로딩 리바운드 테스트를 수행하고 두께 변화를 기록하고 5MPa의 초기 압력 포인트를 기준으로 사용합니다. 두께 변형을 계산하려면 정규화된 계산을 수행하여 서로 다른 폴 피스의 응력-변형 곡선을 얻고(그림 3 참조) 변형을 요약합니다(표 1 참조). 결과 차트에서 폴 피스 롤링 압력이 증가함에 따라 4개의 폴 피스의 최대 변형, 가역 변형 및 비가역 변형이 점차 감소함을 알 수 있습니다(1>2>3>4) 감소 추세이지만 점차 둔화됩니다. 이러한 변화 추세는 분말 입자의 유동 및 재배열, 탄성 및 소성 변형, 파쇄를 포함하여 폴 피스 코팅에서 분말의 충전 및 압축 효과와 밀접한 관련이 있습니다. 일반적으로 폴 피스 캘린더링 공정은 마찰, 표면력, 탄성 변형, 소성 변형 및 분쇄를 극복하여 전극을 압축하기 위해 전극 코팅 작업을 수행해야 합니다.

본 실험에서 설계된 코팅부의 재료 배합은 일정하다. 다른 롤링 압력은 입자의 흐름과 재배열에 직접적인 영향을 미칩니다. 롤링 압력의 증가는 입자 사이의 마찰을 극복하고 입자가 더 단단히 배열되고 서로 결합되도록 할 수 있습니다. 더 자세히. 또한 압연 압력이 증가함에 따라 분말이 먼저 재배열되어 원래 구멍을 채웁니다. 입자가 밀착된 후 압력이 계속 증가하고 입자가 상호 작용하여 탄성 변형됩니다. 입자에 대한 압력이 증가하면 활성 입자는 일정한 항복 응력 후에 소성 변형을 겪게 되는데, 이는 압연 압력 증가에 따라 압축 밀도가 점진적으로 증가하는 주요 원인이기도 합니다. 리튬 이온 배터리 극편 제제는 일반적으로 유동 보조제, 결합제, 전도제 등과 같은 활성 분말에 기능성 첨가제를 추가해야 하며, 이는 다른 압력에서 극편의 전체 상태 변화에도 영향을 미칩니다. 실제 폴 피스 생산에서 폴 피스는 공정 조건, 롤러 압력, 장력, 속도 및 분말 압축 성능과 같은 포괄적인 요인의 영향을 받습니다. 본 논문의 실험에서 설정된 전체 압력은 상대적으로 작지만 압축 성능 경향은 실제 생산 공정과 일치하므로 효과적인 공정 평가 수단으로 사용할 수 있습니다. 또한 다른 압력 하에서 폴 피스의 전체 상태 변화에 영향을 미칩니다. 실제 폴 피스 생산에서 폴 피스는 공정 조건, 롤러 압력, 장력, 속도 및 분말 압축 성능과 같은 포괄적인 요인의 영향을 받습니다. 본 논문의 실험에서 설정된 전체 압력은 상대적으로 작지만 압축 성능 경향은 실제 생산 공정과 일치하므로 효과적인 공정 평가 수단으로 사용할 수 있습니다. 또한 다른 압력 하에서 폴 피스의 전체 상태 변화에 영향을 미칩니다. 실제 폴 피스 생산에서 폴 피스는 공정 조건, 롤러 압력, 장력, 속도 및 분말 압축 성능과 같은 포괄적인 요인의 영향을 받습니다. 본 논문의 실험에서 설정된 전체 압력은 상대적으로 작지만 압축 성능 경향은 실제 생산 공정과 일치하므로 효과적인 공정 평가 수단으로 사용할 수 있습니다.

그림 3. 폴 피스 4종의 응력-변형률(압축 성능) 곡선

표 1. 4가지 폴 피스 변형 요약

리튬 이온 배터리 극편의 압연 공정에서 극편의 폭과 길이의 변형은 매우 적으며 극편 롤링은 코팅의 두께를 줄이고 압축 밀도를 높이며 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 전극 구조를 안정화하고 배터리 용량의 목적을 향상시키기 위해 코팅. 폴피스의 압연공정은 단위면적당 질량이 거의 일정하고 부피가 감소하는 공정이다. 입자 사이, 입자와 전류 집전체 사이는 바인더에 의해 결합됩니다. 폴 피스의 두께 방향 압축은 집전체와 코팅이 동시에 압축된 결과이지만, 집전체의 두께 변화는 상대적으로 작다. 분말 입자와 전류 수집 장치 사이에도 상호 작용이 있습니다. 압연 공정 중에 입자는 집전체에 홈을 형성하여 코팅과 집전체 사이의 접촉 면적과 응집력을 증가시킵니다.

그림 4와 5는 각각 정상 상태 모드에서 일련의 압력이 가해진 평면 압력 하에서 4가지 다짐 밀도를 갖는 폴 피스의 두께 변화 곡선과 저항률 변화 곡선을 보여줍니다. 압력이 증가함에 따라 폴 피스의 전체 두께는 전체적으로 작아진다. 일정한 압력이 가해지면 폴 피스의 두께가 안정되는 경향이 있습니다. 동시에 폴 피스는 압력이 낮을 때 리바운드할 가능성이 더 높습니다. 따라서 가변 압력 시험에서는 압력에 따라 두께가 크게 달라집니다. 저항률 곡선에서 극편 1과 2의 변화 경향이 극편 3과 4보다 큽니다. 이는 주로 극편 1과 2에 비해 큰 롤링 압력 하에서 폴 피스 3 및 4의 코팅 입자 사이의 접촉 및 코팅과 전류 집전체 사이의 접촉이 더 단단하고, 평압 측정 동안 폴 피스의 전체 두께 변화가 더 작다. 다른 압력에서의 비저항 시험 결과와 비교할 때, 작은 압연 압력 폴 피스의 절대값은 큰 압연 압력보다 작으며, 이는 편평한 폴 피스의 두께 방향의 변화가 종방향 전도성 극 조각의 더 나은. 전자 전도성의 실제 평가에서 특정 요구 사항과 함께 테스트를 위해 가장 합리적인 매개 변수를 선택할 수 있습니다. 평면 압력 측정 동안 폴 피스의 전체 두께 변화가 더 작습니다. 다른 압력에서의 비저항 시험 결과와 비교할 때, 작은 압연 압력 폴 피스의 절대값은 큰 압연 압력보다 작으며, 이는 편평한 폴 피스의 두께 방향의 변화가 종방향 전도성 극 조각의 더 나은. 전자 전도성의 실제 평가에서 특정 요구 사항과 함께 테스트를 위해 가장 합리적인 매개 변수를 선택할 수 있습니다. 평면 압력 측정 동안 폴 피스의 전체 두께 변화가 더 작습니다. 다른 압력에서의 비저항 시험 결과와 비교할 때, 작은 압연 압력 폴 피스의 절대값은 큰 압연 압력보다 작으며, 이는 편평한 폴 피스의 두께 방향의 변화가 종방향 전도성 극 조각의 더 나은. 전자 전도성의 실제 평가에서 특정 요구 사항과 함께 테스트를 위해 가장 합리적인 매개 변수를 선택할 수 있습니다. 이는 편평한 폴 피스의 두께 방향의 변화가 폴 피스의 종방향 전도성을 더 좋게 만들기 더 쉽기 때문일 수 있습니다. 전자 전도성의 실제 평가에서 특정 요구 사항과 함께 테스트를 위해 가장 합리적인 매개 변수를 선택할 수 있습니다. 이는 편평한 폴 피스의 두께 방향의 변화가 폴 피스의 종방향 전도성을 더 좋게 만들기 더 쉽기 때문일 수 있습니다. 전자 전도성의 실제 평가에서 특정 요구 사항과 함께 테스트를 위해 가장 합리적인 매개 변수를 선택할 수 있습니다.

그림 4. 4개의 폴 피스의 두께 변화 곡선

그림 5. 4개의 폴 피스의 전도도 테스트 곡선

요약하다

이 논문에서는그만큼 BER2500 시리즈 폴 피스 저항 측정기 테스트 장비서로 다른 압연 압력 하에서 극편의 성능 차이를 효과적으로 구별할 수 있는 다양한 압연 압력 하에서 흑연 극편의 압축 성능 및 전도도를 테스트하는 데 사용됩니다. 실제 생산 공정에서 압연 압력 배터리의 선택은 특정 공정 공식과 함께 합리적으로 선택되어야 합니다. 배터리 용량을 늘리는 동시에 배터리의 전반적인 전기적 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.