Litiumioniakkuja käytetään laajasti eri aloilla, kuten sähköajoneuvoissa, kulutuselektroniikassa, energian varastoinnissa ja ilmailussa. Litiumioniakkujen suorituskyky ja laatu riippuvat elektrodien materiaaleista ja niiden käsittelymenetelmistä. Yksi elektrodien valmistuksen keskeisistä prosesseista on kalanterointi, joka on virrankeräimen kalvolle päällystetyn elektrodilietteen puristaminen telaparilla. Kalanterointi voi parantaa elektrodin tiheyttä, johtavuutta, adheesiota ja mekaanista lujuutta sekä vähentää paksuutta ja huokoisuutta. Kalanteroinnilla on kuitenkin myös joitain haittoja, kuten halkeilua, delaminaatiota, jännityksen kertymistä ja kapasiteetin menetystä. Siksi on tärkeää optimoida kalanterointiparametrit ja valita sopivat laitteet eri elektrodityypeille ja -määrityksille.
A akkuelektrodien kalanterointikone(rullapuristin)on laite, joka koostuu kahdesta tai useammasta telasta, jotka pyörivät vastakkaisiin suuntiin ja kohdistavat painetta niiden läpi kulkevaan materiaaliin. Kalanterointikoneita on erilaisia, kuten kaksitelaiset, kolmitelaiset, nelitelaiset ja monitelaiset kalanterit. Niistä kaksitelainen kalanteri on yleisimmin käytetty litiumioniakkuelektrodien kalanterointiin. Kaksitelaisessa kalanterissa on kaksi sylinterimäistä rullaa, joissa on säädettävä rako ja paine. Elektrodikalvo syötetään rakoon ja puristetaan telojen toimesta. Elektrodin paksuutta ja tiheyttä voidaan säätää säätämällä rakoa ja painetta.
Litiumioniakkuelektrodien kaksitelaisen kalanterointikoneen käyttöalue riippuu useista tekijöistä, kuten elektrodimateriaalista, pinnoitusmenetelmästä, pinnoitteen paksuudesta, telan materiaalista, telan halkaisijasta, rullan nopeudesta ja telan lämpötilasta. Yleisesti ottaen kaksitelainen kalanterointikone soveltuu elektrodeille, joilla on kohtalainen pinnoitepaksuus (10-50 mikronia), korkea tiheys (1.5-2 g/cm3) ja pieni huokoisuus (30-40 prosenttia). Telan materiaalin tulee olla kovaa ja sileää, kuten terästä tai kromattua terästä. Telan halkaisijan tulee olla riittävän suuri, jotta vältetään liiallinen taivutusjännitys elektrodin kalvoon. Telan nopeus on sovitettava syöttönopeuteen liukumisen tai repeytymisen välttämiseksi. Telan lämpötila tulee pitää huoneenlämmössä tai hieman korkeammalla, jotta vältetään elektrodin lämpölaajeneminen tai supistaminen.
Litiumioniakkuelektrodien kaksitelaisen kalanterointikoneen toimintaperiaate perustuu elastisplastiseen muodonmuutosteoriaan. Kun elektrodikalvo tulee telojen väliseen rakoon, se käy läpi elastisen muodonmuutoksen ensin, mikä tarkoittaa, että se voi palauttaa alkuperäisen muotonsa purkamisen jälkeen. Paineen kasvaessa elektrodikalvo saavuttaa myötörajansa ja käy läpi plastisen muodonmuutoksen, mikä tarkoittaa, että se säilyttää jonkin verran pysyvää muodonmuutosta purkamisen jälkeen. Plastinen muodonmuutos voi pienentää elektrodin paksuutta ja lisätä tiheyttä. Liian korkea paine voi kuitenkin aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita elektrodin rakenteeseen ja ominaisuuksiin, kuten halkeilua, delaminaatiota tai kapasiteetin menetystä.
Laitteen toimintoakun elektrodikalanterointikonelitiumioniakkuelektrodien kohdalla on parantaa elektrodien suorituskykyä ja laatua optimoimalla niiden fyysiset parametrit. Kaksitelaisella kalanterointikoneella voidaan saavuttaa:
- Suurempi tiheys:Kalanterointi voi lisätä aktiivisen materiaalin hiukkasten pakkaustiheyttä ja vähentää niiden välistä tyhjää tilaa. Tämä voi parantaa elektrodin johtavuutta, kapasiteettia ja käyttöikää.
- Alempi paksuus:Kalanterointi voi vähentää elektrodin paksuutta ja lisätä sen ominaiskapasiteettia (kapasiteetti pinta-alayksikköä kohti). Tämä voi vähentää akun painoa ja tilavuutta ja parantaa sen energiatiheyttä.
- Parempi tarttuvuus:Kalanterointi voi parantaa adheesiota aktiivisen materiaalikerroksen ja virrankeräimen kalvon välillä sekä elektrodin eri kerrosten välillä (kuten sideaine, johtava lisäaine ja erotin). Tämä voi parantaa elektrodin mekaanista lujuutta ja vakautta.
- Tasainen huokoisuus:Kalanterointi voi luoda tasaisen huokosjakauman elektrodissa, mikä voi helpottaa elektrolyytin tunkeutumista ja ionien kuljetusta. Tämä voi parantaa akun suorituskykyä ja turvallisuutta.
