Las prensas de rodillos para baterías son equipos críticos en el proceso de fabricación de baterías de iones de litio. Desempeñan un papel fundamental en la mejora de la densidad energética, la seguridad y la vida útil de las baterías.

Funciones de las prensas de rollo de batería

Las prensas de rodillos para baterías se utilizan principalmente para comprimir los materiales de los electrodos positivos y negativos, los separadores y los electrolitos en una estructura de batería compacta. Este proceso cumple varias funciones críticas:

Mejora de la densidad de energía de la batería:

Suavizado de superficies: El proceso de prensado con rodillo garantiza que las superficies de las láminas de electrodos permanezcan lisas y planas. Esto evita que las rebabas en la superficie perforen el separador, lo que podría provocar un cortocircuito en la batería.

Reducción de volumen:Al comprimir los materiales de los electrodos recubiertos en el colector de corriente, la prensa de rodillo reduce el volumen de las láminas de los electrodos, aumentando así la densidad de energía de la batería.

Mejora de la conductividad de la batería:

Contacto estrecho con el material :Bajo la alta presión aplicada por los cilindros de rodillo, los materiales de la batería se comprimen juntos, formando un contacto más estrecho entre los electrodos, separadores y electrolitos. Esto mejora la conductividad y el rendimiento de transmisión de la batería, lo que conduce a una potencia de salida mejorada.

Mejora de la seguridad de la batería:

Densidad uniforme del material :Después del prensado con rodillo, la densidad de los materiales de la batería se vuelve más uniforme, con espacios más pequeños entre los materiales. Esto reduce las bolsas de aire dentro de la batería, lo que facilita una mejor dispersión del calor y minimiza las fluctuaciones de temperatura. En consecuencia, reduce el autocalentamiento y la autodescarga, mejorando la seguridad de la batería.

Ampliación de la vida útil de la batería:

Distribución de materiales: El prensado por rodillos garantiza una distribución más uniforme de los materiales dentro de la batería, con contactos más estrechos entre ellos. Esto reduce el envejecimiento y el desprendimiento del material, extendiendo así la vida útil de la batería.

Principios de funcionamiento de las prensas de rodillos de batería

Las prensas de rodillos de batería funcionan mediante la aplicación de presión entre dos o más rodillos, lo que provoca que el material (como las láminas de electrodos de batería) se deforme, aplaste o mezcle. Aquí hay un desglose detallado de los principios operativos:

Estructura de prensa de rodillos:

Las prensas de rodillos de batería normalmente constan de dos rodillos de compresión de acero fundido, junto con motores y ejes de transmisión. Los modelos principales tienen diámetros de rodillos de 500 mm y longitudes de rodillos que van desde 500 mm a 700 mm.

Proceso de compactación de materiales:

Ajuste de preprensado :Antes de que la lámina del electrodo entre en la prensa de rodillos, la presión en el cilindro hidráulico se establece en cero y se establece una separación entre rodillos preajustada (S0).

Aplicación de presión hidráulica: Cuando la lámina de electrodo con lechada ingresa a la prensa de rodillo, el espesor de la lámina aumenta, lo que provoca que una fuerza de rodadura actúe sobre ella. Los rodillos y los asientos de los cojinetes de rodillos sufren una deformación elástica y la fuerza que actúa sobre la cuña disminuye.

Fuerza de rodadura efectiva: La fuerza aplicada por el cilindro hidráulico (F) se divide entre la fuerza que actúa sobre la cuña (F1) y la fuerza de rodadura efectiva (P) que actúa sobre la lámina del electrodo. La relación entre estas fuerzas y la separación de los rodillos, el espesor del material entrante y el espesor de la presión de los rodillos se puede modelar matemáticamente.

Deformación elástico-plástica:

El proceso de compactación de las láminas de electrodos de baterías de iones de litio sigue la fórmula exponencial en pulvimetalurgia, lo que revela la relación entre la densidad o porosidad del recubrimiento y la carga de compactación.

Durante el prensado del rodillo, la lámina del electrodo sufre una deformación plástica al aumentar la presión, lo que resulta en un cambio en la densidad del recubrimiento con respecto a su valor inicial.

Mejora de la adhesión:

El prensado con rodillo aumenta la fuerza de adhesión entre el material activo y el colector de corriente de lámina, evitando que se pele durante la inmersión en electrolito y el uso de la batería.

Análisis detallado del proceso de prensado de rodillos

Secuencia de prensado de rollo:

El prensado en rollo sigue los procesos de recubrimiento y secado. Es fundamental realizar un prensado con rodillo después del secado para evitar que el polvo se desprenda y se desprenda el recubrimiento.

Características del material antes del prensado con rodillo:

Antes del prensado con rodillo, el recubrimiento de lechada sobre la lámina de cobre o aluminio se encuentra en un estado granular semifluido y semisólido, compuesto de partículas o aglomerados individuales desconectados o débilmente conectados.

Cambios de material durante el prensado de rodillos:

Desplazamiento y deformación :Bajo presión creciente, las partículas de lodo sufren desplazamiento y deformación a pequeña escala, llenando los espacios entre las partículas.

Aumento de densidad: La densidad relativa de la tira del electrodo aumenta gradualmente al aumentar la presión de contacto, inicialmente lentamente y luego rápidamente a medida que las partículas se empaquetan más densamente.

Fenómeno de endurecimiento: Después de llenar los espacios, una mayor presión provoca una gran deformación en las partículas, lo que resulta en un aumento más lento de la densidad.

Factores que influyen en la calidad del prensado de rodillos

Uniformidad de espesor:

El espesor desigual después del prensado con rodillo conduce a una densidad de compactación inconsistente, lo que afecta la uniformidad del rendimiento de la batería.

Factores como dispositivos de control de tensión, dispositivos de alineación, dispositivos de corte y dispositivos de eliminación de polvo pueden afectar la uniformidad del espesor.

Control de tensión:

Es necesaria una tensión adecuada durante el prensado del rodillo para evitar arrugas o desgarros de la lámina del electrodo.

Eliminación de polvo:

Los dispositivos de eliminación de polvo garantizan que las impurezas no causen defectos en la superficie de la lámina del electrodo durante el prensado del rodillo.

Alineación y corte:

Los dispositivos de alineación y corte afectan la precisión de corte de la lámina del electrodo.

Tecnologías avanzadas de prensado de rodillos

Prensas de rodillos hidráulicas servocontroladas:

Estas prensas utilizan sistemas de servocontrol hidráulico para aplicar presión y ajustar los espacios entre los rodillos en tiempo real, lo que garantiza un control preciso de la fuerza de rodadura y el espacio.

Pueden lograr una presión constante y un laminado con espacio, mejorando la calidad de las láminas de electrodos laminadas, especialmente para alternar láminas recubiertas de una y dos capas.

Medición de deformación elástica:

La rigidez de la base de la máquina se determina presionando los rodillos entre sí sin una lámina de electrodo presente y midiendo la relación entre la fuerza de rodamiento y la posición del cilindro hidráulico.

Conclusión

Las prensas de rodillos para baterías son equipos esenciales en la producción de baterías de iones de litio, ya que mejoran la densidad de energía, la conductividad, la seguridad y la vida útil. Sus principios de funcionamiento implican la aplicación de presión entre rodillos para compactar materiales, lo que produce deformación plástica y aumento de densidad. La calidad de las láminas de electrodos laminadas está influenciada por factores como la uniformidad del espesor, el control de la tensión, la eliminación del polvo y la alineación. Las tecnologías avanzadas, como las prensas de rodillos hidráulicas servocontroladas, mejoran aún más la precisión y la calidad del proceso de prensado de rodillos. Comprender estos principios y factores es crucial para optimizar los procesos de fabricación de baterías y lograr baterías de alto rendimiento.