コーティングと乾燥後にリチウムイオン電池電極に行われる圧延プロセスは、製造プロセスの重要なステップです。{0}}簡単に言えば、圧延とは、高トン数の圧延機の圧力を使用して、集電体 (アルミニウムまたは銅箔) 上の緩い多孔質活物質コーティングを緻密な薄膜に圧縮するプロセスです。-
この手順は、主に次の中心的な目的に不可欠です。
1. エネルギー密度の増加
これが最も直接的な目的です。コーティング後、電極表面の活物質 (コバルト酸化リチウム、リン酸鉄リチウム、グラファイトなど) は、粒子間に多数の空隙があり、緩い粒状の凝集状態になります。
効果: ローリング圧縮により、粒子間の空隙が減少し、単位体積あたりに収容できる活物質の質量が増加し、それによって電池の体積エネルギー密度が直接増加します。限られたセルスペースにより多くのエネルギーを詰め込むことができます。
2. 内部抵抗の低減とレート性能の向上
バッテリーの内部抵抗は、充放電速度と発熱に直接影響します。
接触抵抗:圧延前は、活物質粒子間および活物質と集電体間の接触点は単なる物理的なものであるため、電子輸送経路が長くなり、抵抗が高くなります。圧延後、粒子は平らになって再配置され、面接触またはより緊密な点接触を形成し、安定した導電ネットワークを構築します。同時に、活物質層と集電体との間の結合力が大幅に向上する。これにより、バッテリーのオーミック内部抵抗が大幅に減少し、電子が迅速に移動できるようになり、高電流の充放電 (高レート性能) がサポートされ、充放電中の発熱が軽減されます。-
3. サイクル寿命の向上
電極が巻かれていないか、圧縮が不十分な場合、バッテリーの充電および放電サイクル中に安定性の問題が発生します。
デラミネーションの抑制：圧延により、コーティングと集電体の間の剥離強度が向上します。コーティングが緩んでいると、繰り返しの充放電サイクル中に箔から剥離したり粉砕したり（リチウムイオンの挿入と放出により活物質の体積膨張と収縮が引き起こされる）、急速な容量低下につながる傾向があります。
構造の安定性:緻密な電極構造は、サイクル中の活物質の体積変化をより適切に抑制し、電極構造の完全性を維持するため、電池寿命が延長されます。
エイシー-HRP100ロールプレス機主に実験室での電池材料、金や銀などの少量の貴金属材料、銅やアルミニウムなどの非鉄材料を一定の温度で電気圧延するのに適しています。-巻き厚の調整が可能で操作も簡単です。特にクリーンエネルギー材料であるリチウム電池極板の薄型化・高密度化に適しています。
4. 膜厚均一性の制御とその後の工程
厚さの均一性:巻き付けまたは積み重ねるプロセスでは、電極シートの厚さの許容差に非常に厳しい要件が課されます。電極シートを巻いていない場合、塗工厚さのばらつきが大きく、表面に凹凸があり、その後の巻回時に位置ずれが発生しやすくなります。積み重ねる際、厚みが不均一であるとセパレーターに穴が開き、ショートする危険性があります。
厚みの減少:巻かれた電極シートの厚さは、通常、元のコーティングの厚さの 60% ～ 80% に過ぎません。これにより、後続の巻き付け/積層プロセスのためのスペースが節約され、セルの小型化に有利になります。
5. 空隙率の最適化
ローリングとは、できるだけ密にプレスすることではありません。むしろ、気孔率を妥当な範囲内に制御することが重要です。
キーバランス:適切な多孔率（通常、リチウムイオンアノードでは 25%-35%、カソードでは 20%～30%）により、十分な電解質貯蔵スペースが確保され、固相と液相の間のスムーズなリチウムイオン輸送チャネル（イオン伝導性）と十分な電子伝導性が保証されます。ロール成形は、電子伝導性とイオン伝導性のバランスを達成するための重要な手段です。
結論は：ロール成形プロセスを行わないと、電極は「スポンジ状」の構造になります。{0}}このような電極は、エネルギー密度が低いだけでなく、電子伝導性が悪く、集電体との結合が弱いため、分極が大きく、発熱が激しく、リチウムメッキ（負極）、充放電時の脱落などの問題が発生しやすくなります。その結果、バッテリーは商用サイクル寿命と安全性要件を満たせなくなります。
追記:ロール成形は重要ですが、圧縮密度はさまざまな材料系に基づいて正確に制御する必要があります（たとえば、リン酸鉄リチウムは圧縮に敏感ですが、三元材料は靭性のバランスが必要です）。過剰な圧縮により、多孔度が過度に低くなり、電解液の湿潤が困難になり、リチウムイオンの輸送が妨げられます。これにより、電池の性能に悪影響を及ぼし、ひどい場合には電極の脆化や破損を引き起こす可能性もあります。-したがって、ロール成形プロセスは多くの場合、品質管理の中核となります。