O princípio e a função da máquina de calandragem de eletrodos de bateria

As baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas em vários campos, como veículos elétricos, eletrônicos de consumo, armazenamento de energia e aeroespacial. O desempenho e a qualidade das baterias de íon-lítio dependem dos materiais dos eletrodos e de seus métodos de processamento. Um dos principais processos na fabricação de eletrodos é a calandragem, que é a compressão da pasta de eletrodos revestida na folha coletora de corrente por um par de rolos. A calandragem pode melhorar a densidade, condutividade, adesão e resistência mecânica do eletrodo, bem como reduzir a espessura e a porosidade. No entanto, a calandragem também apresenta algumas desvantagens, como trincas, delaminação, acúmulo de tensões e perda de capacidade. Portanto, é importante otimizar os parâmetros de calandragem e selecionar o equipamento apropriado para diferentes tipos e especificações de eletrodos.

Uma máquina de calandragem de eletrodo de bateria (máquina de prensa de rolos) é um dispositivo que consiste em dois ou mais rolos que giram em direções opostas e aplicam pressão ao material que passa por eles. Existem vários tipos de calandras, como calandras de dois rolos, três rolos, quatro rolos e vários rolos. Entre eles, a calandra de dois rolos é a mais comumente usada para calandragem de eletrodos de bateria de íon-lítio. Uma calandra de dois rolos tem dois rolos cilíndricos com folga e pressão ajustáveis. A folha de eletrodo é alimentada na lacuna e comprimida pelos rolos. A espessura e a densidade do eletrodo podem ser controladas ajustando a folga e a pressão.

O escopo de aplicação da máquina de calandragem de dois rolos para eletrodos de bateria de íon-lítio depende de vários fatores, como material do eletrodo, método de revestimento, espessura do revestimento, material do rolo, diâmetro do rolo, velocidade do rolo e temperatura do rolo. De um modo geral, a calandradora de dois rolos é adequada para eletrodos com espessura de revestimento moderada (10-50 mícrons), alta densidade (1,5-2 g/cm3) e baixa porosidade (30-40%). O material do rolo deve ser duro e liso, como aço ou aço cromado. O diâmetro do rolo deve ser grande o suficiente para evitar tensão de flexão excessiva na folha do eletrodo. A velocidade do rolo deve corresponder à velocidade de alimentação para evitar deslizamentos ou rasgos. A temperatura do rolo deve ser mantida em temperatura ambiente ou um pouco mais alta para evitar expansão ou contração térmica do eletrodo.

O princípio de funcionamento da máquina de calandragem de dois rolos para eletrodos de bateria de íon-lítio é baseado na teoria da deformação elástica-plástica. Quando a folha do eletrodo entra no espaço entre os rolos, ela sofre primeiro uma deformação elástica, o que significa  que pode recuperar sua forma original após o descarregamento. À medida que a pressão aumenta, a folha do eletrodo atinge seu ponto de escoamento e sofre deformação plástica, o que significa que retém alguma deformação permanente após o descarregamento. A deformação plástica pode reduzir a espessura e aumentar a densidade do eletrodo. No entanto, se a pressão for muito alta, pode causar danos irreversíveis à estrutura e às propriedades do eletrodo, como rachaduras, delaminação ou perda de capacidade.

A função do equipamento da máquina de calandragem de eletrodos de bateria para eletrodos de bateria de íon-lítio é melhorar o desempenho e a qualidade dos eletrodos otimizando seus parâmetros físicos. Usando uma máquina de calandragem de dois rolos, pode-se obter:

- Maior densidade: A calandragem pode aumentar a densidade de empacotamento das partículas de material ativo e reduzir o espaço vazio entre elas. Isso pode melhorar a condutividade, capacidade e ciclo de vida do eletrodo.

- Menor espessura: A calandragem pode reduzir a espessura do eletrodo e aumentar sua capacidade específica (capacidade por unidade de área). Isso pode reduzir o peso e o volume da bateria e melhorar sua densidade de energia.

- Melhor adesão: A calandragem pode melhorar a adesão entre a camada de material ativo e a folha coletora de corrente, bem como entre diferentes camadas do eletrodo (como aglutinante, aditivo condutivo e separador). Isso pode melhorar a resistência mecânica e a estabilidade do eletrodo.

- Porosidade uniforme: A calandragem pode criar uma distribuição uniforme de poros no eletrodo, o que pode facilitar a infiltração do eletrólito e o transporte de íons. Isso pode melhorar o desempenho da taxa e a segurança da bateria.