Les presses à rouleaux de batterie sont des équipements essentiels dans le processus de fabrication des batteries lithium-ion. Ils jouent un rôle central dans l’amélioration de la densité énergétique, de la sécurité et de la durée de vie des batteries.

Fonctions des presses à rouleaux de batterie

Les presses à rouleaux de batterie sont principalement utilisées pour comprimer les matériaux des électrodes positives et négatives, les séparateurs et les électrolytes dans une structure de batterie étroitement emballée. Ce processus remplit plusieurs fonctions essentielles :

Amélioration de la densité énergétique de la batterie :

Lissage de la surface : Le processus de pressage au rouleau garantit que les surfaces des feuilles d'électrode restent lisses et plates. Cela empêche toute bavure sur la surface de percer le séparateur, ce qui pourrait entraîner un court-circuit de la batterie.

Réduction du volume :En comprimant les matériaux d'électrode déposés sur le collecteur de courant, la presse à rouleaux réduit le volume des feuilles d'électrode, augmentant ainsi la densité énergétique de la batterie.

Amélioration de la conductivité de la batterie :

Contact étroit avec les matériaux :Sous la haute pression appliquée par les cylindres des rouleaux, les matériaux de la batterie sont comprimés ensemble, formant un contact plus étroit entre les électrodes, les séparateurs et les électrolytes. Cela améliore la conductivité et les performances de transmission de la batterie, conduisant à une puissance de sortie améliorée.

Amélioration de la sécurité de la batterie :

Densité uniforme des matériaux :Après le pressage au rouleau, la densité des matériaux de la batterie devient plus uniforme, avec des espaces plus petits entre les matériaux. Cela réduit les poches d'air à l'intérieur de la batterie, facilitant une meilleure dispersion de la chaleur et minimisant les fluctuations de température. Par conséquent, il réduit l’auto-échauffement et l’autodécharge, améliorant ainsi la sécurité de la batterie.

Extension de la durée de vie de la batterie :

Distribution des matériaux : Le pressage au rouleau assure une répartition plus uniforme des matériaux au sein de la batterie, avec des contacts plus étroits entre eux. Cela réduit le vieillissement et la perte des matériaux, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.

Principes de fonctionnement des presses à rouleaux à batterie

Les presses à rouleaux à batterie fonctionnent grâce à l'application d'une pression entre deux rouleaux ou plus, provoquant une déformation, un écrasement ou un mélange du matériau (tel que des feuilles d'électrodes de batterie). Voici une description détaillée des principes de fonctionnement :

Structure de presse à rouleaux :

Les presses à rouleaux à batterie se composent généralement de deux rouleaux de compression en acier moulé, ainsi que de moteurs et d'arbres de transmission. Les modèles grand public ont des diamètres de rouleaux de 500 mm et des longueurs de rouleaux allant de 500 mm à 700 mm.

Processus de compactage des matériaux :

Réglage du pré-pressage :Avant que la feuille d'électrode n'entre dans la presse à rouleaux, la pression dans le vérin hydraulique est réglée à zéro et un espacement des rouleaux pré-ajusté (S0) est défini.

Application de pression hydraulique : Lorsque la feuille d'électrode avec la boue entre dans la presse à rouleaux, l'épaisseur de la feuille augmente, provoquant l'action d'une force de roulement sur elle. Les rouleaux et les sièges de roulements subissent une déformation élastique et la force agissant sur le coin diminue.

Force de roulement efficace : La force appliquée par le vérin hydraulique (F) est divisée en force agissant sur le coin (F1) et en force de roulement effective (P) agissant sur la feuille d'électrode. La relation entre ces forces et l'espacement des rouleaux, l'épaisseur du matériau entrant et l'épaisseur de la pression des rouleaux peut être modélisée mathématiquement.

Déformation Élastique-Plastique :

Le processus de compactage des feuilles d'électrodes de batteries lithium-ion suit la formule exponentielle de la métallurgie des poudres, révélant la relation entre la densité ou la porosité du revêtement et la charge de compactage.

Pendant le pressage au rouleau, la feuille d'électrode subit une déformation plastique sous une pression croissante, ce qui entraîne une modification de la densité du revêtement par rapport à sa valeur initiale.

Amélioration de l'adhérence :

Le pressage au rouleau augmente la force d'adhésion entre le matériau actif et le collecteur de courant en feuille, empêchant ainsi le pelage lors de l'immersion dans l'électrolyte et de l'utilisation de la batterie.

Analyse détaillée du processus de pressage des rouleaux

Séquence de pression des rouleaux :

Le pressage au rouleau suit les processus d'enduction et de séchage. Il est essentiel d'effectuer un pressage au rouleau après séchage pour éviter la perte de poudre et le détachement du revêtement.

Caractéristiques du matériau avant pressage au rouleau :

Avant le pressage au rouleau, le revêtement en suspension sur la feuille de cuivre ou d'aluminium est dans un état granulaire semi-fluide et semi-solide, composé de particules ou d'agglomérats individuels non connectés ou faiblement connectés.

Changements de matériaux pendant le pressage des rouleaux :

Déplacement et déformation :Sous une pression croissante, les particules de boue subissent un déplacement et une déformation à petite échelle, comblant les espaces entre les particules.

Augmentation de la densité : La densité relative de la bande d'électrode augmente progressivement avec l'augmentation de la pression de contact, d'abord lentement, puis rapidement à mesure que les particules sont plus denses.

Phénomène de durcissement : Une fois les espaces remplis, une pression supplémentaire provoque une déformation importante des particules, entraînant une augmentation plus lente de la densité.

Facteurs influençant la qualité du pressage des rouleaux

Uniformité de l'épaisseur :

Une épaisseur inégale après le pressage au rouleau entraîne une densité de compactage incohérente, ce qui affecte l'uniformité des performances de la batterie.

Des facteurs tels que les dispositifs de contrôle de tension, les dispositifs d'alignement, les dispositifs de tranchage et les dispositifs de dépoussiérage peuvent avoir un impact sur l'uniformité de l'épaisseur.

Contrôle de tension :

Une tension adéquate est nécessaire pendant le pressage du rouleau pour éviter les plis ou la déchirure de la feuille d'électrode.

Dépoussiérage :

Les dispositifs de dépoussiérage garantissent que les impuretés ne provoquent pas de défauts de surface sur la feuille d'électrode pendant le pressage au rouleau.

Alignement et découpage :

Les dispositifs d'alignement et de découpage affectent la précision de coupe de la feuille d'électrode.

Technologies avancées de pressage des rouleaux

Presses à rouleaux hydrauliques servocommandées :

Ces presses utilisent des systèmes de servocommande hydrauliques pour appliquer une pression et ajuster l'écartement des rouleaux en temps réel, garantissant ainsi un contrôle précis de la force de roulement et de l'écartement.

Ils peuvent obtenir un laminage à pression et à espacement constants, améliorant ainsi la qualité des feuilles d'électrodes laminées, en particulier pour l'alternance de feuilles à revêtement simple et double couche.

Mesure de déformation élastique :

La rigidité de la base de la machine est déterminée en pressant les rouleaux ensemble sans présence de feuille d'électrode et en mesurant la relation entre la force de roulement et la position du vérin hydraulique.

Conclusion

Les presses à rouleaux de batterie sont des équipements essentiels dans la production de batteries lithium-ion, améliorant la densité énergétique, la conductivité, la sécurité et la durée de vie. Leurs principes de fonctionnement impliquent l’application d’une pression entre les rouleaux pour compacter les matériaux, entraînant une déformation plastique et une densité accrue. La qualité des feuilles d'électrodes laminées est influencée par des facteurs tels que l'uniformité de l'épaisseur, le contrôle de la tension, le dépoussiérage et l'alignement. Les technologies avancées telles que les presses à rouleaux hydrauliques servocommandées améliorent encore la précision et la qualité du processus de pressage des rouleaux. Comprendre ces principes et facteurs est crucial pour optimiser les processus de fabrication des batteries et obtenir des batteries hautes performances.