Quels sont les défauts courants dans le calandrage des électrodes de batterie au lithium-ion ?

Une analyse détaillée de 12 problèmes, leurs causes et les mesures d'amélioration

Le calandrage est un processus essentiel dans la fabrication d'électrodes de batterie au lithium-ion, déterminant directement la densité énergétique, la durée de vie et la sécurité de la cellule de batterie. Dans la production réelle, divers défauts peuvent facilement survenir après le calandrage en raison de facteurs tels que l'équipement, les paramètres du processus et les matériaux. S'appuyant sur les données techniques des « Experts en batteries au lithium-ion » (Lidianpai), cet article décrit systématiquement les critères d'identification et les mesures de contrôle pour 12 types de défauts courants, fournissant ainsi une référence pour l'optimisation des processus sur-site.

La rupture de bande est la défaillance la plus grave du calandrage, principalement causée par cinq facteurs de risque majeurs :

1. Particules/impuretés dures :Ceux-ci perforent la feuille, se manifestant par des points brillants détectés par le CCD, des trous d'épingle dans la feuille ou des indentations sur la surface du rouleau. Les mesures de contrôle comprennent une gestion stricte de la propreté du revêtement et la réalisation d'une inspection microscopique du premier article.

2. Changements soudains d’épaisseur/densité surfacique :Des contraintes excessives se produisent à la transition entre les sections épaisses et minces ; les problèmes incluent des écarts d'épaisseur en ligne supérieurs à ± 2 μm, des pics dans la courbe de densité surfacique et des micro-fissures au niveau des sites de porosité. Il est nécessaire de stabiliser la qualité du revêtement et d’éliminer les fluctuations d’épaisseur.

3. Perte du contrôle de pression en boucle fermée{{1} :Pics de pression instantanés dépassant 15 % ou écart accru entre les rouleaux. Les charges linéaires appropriées doivent être adaptées et les courbes de pression surveillées avec des alarmes définies en cas de dépassement des limites.

4. Fluctuations de tension :Fluctuations supérieures à ± 5 %, corrections EPC (Edge Position Control) fréquentes ou enroulement irrégulier. La tension sur toute la ligne doit être stabilisée et une protection contre la décélération associée doit être mise en œuvre.

5. Adhérence/endommagement du matériau de la surface du rouleau :Défauts périodiques sur l'électrode (l'espacement est égal à la circonférence du rouleau) ou rayures sur la surface du rouleau. Un nettoyage régulier de la surface des rouleaux et l'établissement de normes d'inspection et de remplacement sont nécessaires.

ACEY-MRP100Lmachine de calandrage d'électrodesconvient principalement au laminage manuel des matériaux de batterie en laboratoire. Il est particulièrement adapté à l'amincissement et à l'augmentation de la densité des plaques polaires des batteries au lithium constituées de matériaux énergétiques propres. Cette machine adopte une transmission par engrenages pour réaliser le pressage du rouleau, l'épaisseur du laminage peut être ajustée et elle est facile à utiliser.

Roller adhesion leads to coating transfer and strip breakage; the primary causes are excessive residual solvent (>0,5%) ou un séchage insuffisant. Les critères d'identification incluent des marques de déchirure sur la surface de l'électrode, une accumulation de matériau sur le rouleau et un revêtement collant. Les mesures de contrôle comprennent l'optimisation du gradient de température du four pour contrôler strictement les niveaux de solvant résiduel à moins ou égaux à 0,3 % ; utiliser un calandrage à chaud (85 à 110 degrés) pour ramollir le liant ; réduire la vitesse de calandrage pour réduire la force de pelage ; et nettoyer régulièrement la surface du rouleau.

Un écart d’épaisseur peut déclencher des difficultés de placage au lithium et d’enroulement. Les irrégularités transversales sont souvent causées par un revêtement irrégulier ou des écarts de rouleaux déséquilibrés ; les irrégularités longitudinales proviennent généralement d'une dérive de la densité surfacique ou d'une excentricité du roulis. Détection : lectures de la jauge d'épaisseur en ligne dépassant les tolérances transversales/longitudinales ; échantillonnage hors ligne montrant un écart excessif. Contrôle : donner la priorité à l'inspection du processus de revêtement ; activer l'AGC (Automatic Gauge Control) pour le contrôle de l'épaisseur en boucle fermée- ; calibrer régulièrement la coaxialité des rouleaux ; contrôler strictement le matériel entrant pour les bords ondulés.

Un taux de retour élastique supérieur ou égal à 5 ​​% est anormal et conduit facilement à un enroulement irrégulier. Les principales causes sont la libération des contraintes du matériau et un séchage insuffisant. Les mesures de contrôle comprennent l'optimisation de la formulation pour réduire le stress, l'allongement du temps de séchage pour éliminer complètement l'humidité et le contrôle strict des tolérances d'épaisseur du revêtement.

Souvent causé par des bords de revêtement épais ou des rouleaux non-parallèles. La prévention nécessite une transition trapézoïdale au bord du revêtement et un calibrage régulier du parallélisme des rouleaux.

La zone couchée s'allonge tandis que la zone non couchée (marge) reste inchangée ; la longueur excessive forme des vagues. Causes : densité de compactage excessive, petit diamètre de rouleau ou décalage de tension. Prévention : optimisez la conception de la densité de compactage, sélectionnez des rouleaux de grand-diamètre, faites correspondre la tension en amont et en aval et vérifiez les seuils de bords ondulés lors de l'inspection du premier-article.

La feuille d'aluminium a une mauvaise ductilité (différence de déformation de 0,5 % à 1,2 % entre les zones enduites et non enduites) ; même si les performances ne sont pas affectées, le contrôle qualité l'est. Prévention : utilisez l'IHA (chauffage par induction) pour pré-étirer la cathode (réduisant la différence de déformation à<0.1%); use hot roll pressing at 60–100°C to improve aluminum foil ductility; for the anode, apply 3–5 layers of Teflon tape for adjustment.

Le non-respect des objectifs de densité de compactage réduit directement la densité énergétique. Causes principales : Pression insuffisante ou matériau trop dur. Mesures de contrôle : adapter la pression au type de matériau (150 à 250 kN/m pour le NCM ; 200 à 300 kN/m pour le LFP) ; contrôler la taille des particules de cathode (D50=8–12 μm) ; exiger une inspection de la densité compactée pour la première unité et effectuer des contrôles ponctuels toutes les 2 heures.

La concentration des contraintes sur les bords entraîne une perte de poudre ou une rupture de bande. Prévention/Contrôle : Utiliser une pressurisation par gradient (pré-compression à 80-100 kN/m suivie d'une compression principale) ; mettre en œuvre une transition trapézoïdale au niveau du bord du revêtement ; augmentez la température du rouleau à 40-60 degrés pour ramollir le matériau ; inspectez l’état des bords sur la première unité de chaque rouleau.

Causé par des corps étrangers lors du revêtement ou par une pression de calandrage excessive ; affecte la sécurité. Contrôle : Contrôler strictement les fluctuations de la densité de la zone de revêtement et prévenir la contamination par des matières étrangères ; éviter les pressions de calandrage dépassant les limites du matériau ; effectuer une inspection visuelle-sur toute la surface de la première unité ; utilisez la microscopie à fort-grossissement pour repérer-vérifier les trous d'épingle et les fissures.

Causé par des corps étrangers adhérant à la surface du rouleau ou par des dommages à la surface (rugosité Ra > 0,2 μm). Contrôle : Nettoyer les surfaces des rouleaux avec de l'éthanol anhydre avant le calandrage ; réaffûter ou remplacer régulièrement les rouleaux ; inspecter les surfaces des rouleaux avant et pendant les quarts de travail ; arrêter immédiatement la machine si des marques périodiques sont détectées.

Causé par l'usure de la surface des rouleaux, un jeu excessif des roulements ou une épaisseur inégale du matériau entrant, entraînant un glissement de la feuille d'électrode. Contrôle : Remplacez régulièrement les rouleaux et les roulements usés ; contrôler strictement la stabilité de l'épaisseur des matériaux entrants ; normaliser les opérations et interdire les ajustements arbitraires des paramètres ; examinez immédiatement les surfaces des rouleaux et les matériaux entrants si une dérive d’épaisseur est détectée.

À propos de nous

Acey Nouvelle Énergieest spécialisée dans la recherche et la fabrication d'équipements-haut de gamme pour les batteries lithium-ion. Nous pouvons fournir une solution unique-pour la ligne de production de batteries au lithium-ion pour les batteries cylindriques, les piles bouton et les piles en poche.