باتری های لیتیوم یون به طور گسترده ای در زمینه های مختلف مانند وسایل نقلیه الکتریکی، لوازم الکترونیکی مصرفی، ذخیره انرژی و هوافضا استفاده می شوند. عملکرد و کیفیت باتری های لیتیوم یونی به مواد الکترود و روش های پردازش آنها بستگی دارد. یکی از فرآیندهای کلیدی در ساخت الکترود، کلندرینگ است، که فشرده سازی دوغاب الکترود پوشانده شده روی فویل کلکتور جریان توسط یک جفت غلتک است. کلندرینگ می تواند چگالی، رسانایی، چسبندگی و استحکام مکانیکی الکترود را بهبود بخشد و همچنین ضخامت و تخلخل را کاهش دهد. با این حال، کلندرینگ معایبی نیز دارد، مانند ترک خوردگی، لایه لایه شدن، تجمع تنش و کاهش ظرفیت. بنابراین، بهینه سازی پارامترهای کلندرینگ و انتخاب تجهیزات مناسب برای انواع و مشخصات الکترودهای مختلف حائز اهمیت است.
A دستگاه کلندری الکترود باتری(دستگاه پرس نورد)دستگاهی است که از دو یا چند غلتک تشکیل شده است که در جهت مخالف می چرخند و به ماده ای که از آنها می گذرد فشار وارد می کند. دستگاه های کلندری انواع مختلفی دارند مانند کلندر دو رول، سه رول، چهار رول و چند رول. در میان آنها، تقویم دو رول رایج ترین مورد استفاده برای کلندری الکترود باتری لیتیوم یون است. یک تقویم دو رول دارای دو غلتک استوانه ای با شکاف و فشار قابل تنظیم است. فویل الکترود به داخل شکاف وارد شده و توسط غلتک ها فشرده می شود. ضخامت و چگالی الکترود را می توان با تنظیم شکاف و فشار کنترل کرد.
دامنه کاربرد دستگاه کلندرینگ دو رول برای الکترودهای باتری لیتیوم یون به عوامل مختلفی مانند ماده الکترود، روش پوشش، ضخامت پوشش، مواد غلتکی، قطر غلتک، سرعت غلتک و دمای غلتک بستگی دارد. به طور کلی، دستگاه کلندری دو رول برای الکترودهایی با ضخامت پوشش متوسط ({3}} میکرون)، چگالی بالا (1.{5}} گرم در سانتی‌متر مکعب) و تخلخل کم (30-40 درصد) مناسب است. مواد غلتکی باید سخت و صاف باشد، مانند فولاد یا فولاد با روکش کروم. قطر غلتک باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا از فشار خمشی بیش از حد بر روی فویل الکترود جلوگیری شود. سرعت غلتک باید با سرعت تغذیه مطابقت داشته باشد تا از لغزش یا پارگی جلوگیری شود. دمای غلتک باید در دمای اتاق یا کمی بالاتر نگه داشته شود تا از انبساط یا انقباض حرارتی الکترود جلوگیری شود.
اصل کار دستگاه کلندری دو رول برای الکترودهای باتری لیتیوم یونی بر اساس تئوری تغییر شکل الاستیک-پلاستیک است. هنگامی که فویل الکترود وارد شکاف بین غلتک ها می شود، ابتدا دچار تغییر شکل الاستیک می شود، به این معنی که پس از تخلیه می تواند شکل اولیه خود را بازیابی کند. با افزایش فشار، ورق الکترود به نقطه تسلیم خود می رسد و دچار تغییر شکل پلاستیکی می شود، به این معنی که پس از تخلیه مقداری تغییر شکل دائمی را حفظ می کند. تغییر شکل پلاستیک می تواند ضخامت را کاهش دهد و چگالی الکترود را افزایش دهد. با این حال، اگر فشار بیش از حد بالا باشد، ممکن است صدمات جبران ناپذیری به ساختار و خواص الکترود، مانند ترک خوردگی، لایه لایه شدن یا کاهش ظرفیت وارد شود.
عملکرد تجهیزات ازالکترود باتریدستگاه کلندریبرای الکترودهای باتری لیتیوم یون، بهبود عملکرد و کیفیت الکترودها با بهینه سازی پارامترهای فیزیکی آنهاست. با استفاده از دستگاه کلندری دو رول می توان به موارد زیر دست یافت:
- تراکم بالاتر:کلندرینگ می تواند چگالی بسته بندی ذرات ماده فعال را افزایش داده و فضای خالی بین آنها را کاهش دهد. این می تواند رسانایی، ظرفیت و عمر چرخه الکترود را بهبود بخشد.
- ضخامت کمتر:کلندرینگ می تواند ضخامت الکترود را کاهش داده و ظرفیت ویژه آن (ظرفیت در واحد سطح) را افزایش دهد. این می تواند وزن و حجم باتری را کاهش دهد و چگالی انرژی آن را بهبود بخشد.
- چسبندگی بهتر:کلندرینگ می تواند چسبندگی بین لایه ماده فعال و فویل کلکتور فعلی و همچنین بین لایه های مختلف الکترود (مانند بایندر، افزودنی رسانا و جداکننده) را افزایش دهد. این می تواند استحکام مکانیکی و پایداری الکترود را بهبود بخشد.
- تخلخل یکنواخت:کلندرینگ می تواند یک توزیع منفذ یکنواخت در الکترود ایجاد کند که می تواند نفوذ الکترولیت و انتقال یون را تسهیل کند. این می تواند عملکرد نرخ و ایمنی باتری را بهبود بخشد.
