Cosa comporta il processo di rivestimento nella produzione di batterie agli ioni di litio?

È noto che il substrato per l'elettrodo positivo nelle batterie agli ioni di litio è un foglio di alluminio, mentre il substrato per l'elettrodo negativo è un foglio di rame. Dopo il processo di rivestimento, questi materiali vengono trasformati in rotoli di fogli di elettrodi positivi e negativi da utilizzare nelle successive fasi di produzione. La qualità di questi fogli di elettrodi determina in gran parte le caratteristiche prestazionali specifiche della batteria; pertanto, il rivestimento degli elettrodi è un passaggio fondamentale nell'intero processo di produzione della batteria!

La tecnologia di rivestimento si è evoluta dai primi metodi come il rivestimento per immersione e il rivestimento per estrusione al rivestimento simultaneo su due lati all'avanguardia: progressi volti a migliorare la qualità del rivestimento e le prestazioni dei fogli di elettrodi. La produzione di batterie affidabili agli ioni di litio richiede in genere apparecchiature di rivestimento degli elettrodi di alta qualità e costo elevato.

ACEY-HFC260macchina per il rivestimento di pellicoleè dedicato al processo di rivestimento continuo dell'elettrodo catodico e anodo delle batterie agli ioni di litio, adatto per esperimenti su piccola scala in università e imprese.

Il flusso generale del processo di rivestimento è il seguente: il substrato di rivestimento (lamina metallica) viene svolto da un'unità di svolgimento e alimentato nella macchina di rivestimento. Dopo che le estremità del substrato sono state unite su un tavolo di giunzione per formare una striscia continua, il materiale passa attraverso un'unità di trazione nei sistemi di regolazione della tensione e di guida automatica dei bordi. Una volta regolati la tensione di funzionamento e l'allineamento, il substrato entra nell'unità di verniciatura. All'interno dell'unità di rivestimento, l'impasto liquido degli elettrodi viene applicato al substrato in sezioni in base alle specifiche del peso del rivestimento preimpostato e della lunghezza dello spazio non rivestito. Per il rivestimento fronte-retro, il sistema traccia e allinea automaticamente il secondo lato in base allo stato del rivestimento e alla lunghezza dello spazio del primo lato. Gli elettrodi rivestiti a umido vengono poi convogliati in un tunnel di asciugatura; le temperature di essiccazione sono impostate in base alla velocità e allo spessore del rivestimento. Dopo l'asciugatura, i fogli degli elettrodi vengono sottoposti a regolazione della tensione e guida automatica dei bordi prima di essere avvolti in rotoli per la fase successiva del processo.

I rivestimenti in sospensione degli elettrodi sono relativamente spessi con pesi di rivestimento elevati, il che comporta un carico di essiccazione significativo. Attualmente, l’industria utilizza ampiamente la tecnologia di essiccazione ad urto con aria calda. Il foglio di alluminio, utilizzato come substrato dell'elettrodo positivo, è chimicamente altamente reattivo e incline all'ossidazione; tuttavia, durante la produzione, sulla sua superficie si forma una densa pellicola di ossido, che impedisce un'ulteriore ossidazione. Poiché questa pellicola di ossido superficiale è sottile, porosa, morbida e altamente assorbente, l'esposizione ad ambienti ad alta temperatura e umidità elevata può danneggiare la pellicola e accelerare la reazione di ossidazione. Attualmente, la maggior parte dei processi produttivi utilizza il rivestimento su un solo lato; mentre un lato viene verniciato, l'altro rimane completamente esposto all'aria calda. La temperatura dell'aria calda utilizzata per l'essiccazione (nei sistemi a base solvente) è tipicamente intorno ai 130°C. Se il contenuto di umidità nell'aria calda non viene controllato in modo efficace, l'ossidazione del foglio di alluminio si intensifica, compromettendo l'adesione tra il materiale del catodo e il foglio o, nei casi più gravi, provocando la delaminazione del materiale.

Per affrontare i problemi di efficienza energetica e di ossidazione del foglio di alluminio associati alle apparecchiature di rivestimento su un solo lato, alcune aziende leader hanno sviluppato una tecnologia di rivestimento simultaneo su due lati. Sebbene questa tecnologia risolva efficacemente il problema dell’ossidazione, l’attrezzatura è proibitivamente costosa per molti produttori di batterie standard.

In sintesi, il processo di rivestimento per le batterie agli ioni di litio è molto più complesso di una semplice sequenza in due fasi di “applicazione dell’impasto liquido ed asciugatura”. Dallo svolgimento del substrato e l'allineamento su entrambi i lati all'asciugatura ad aria calda e alla prevenzione dell'ossidazione, la selezione di ogni parametro di processo è fondamentale per la qualità del foglio di elettrodi finale. Per ottenere prestazioni elevate, sicurezza e longevità nelle batterie agli ioni di litio, le aziende devono continuare a investire massicciamente in apparecchiature di rivestimento, sviluppo di tecnologie di processo e capacità di controllo ambientale. Con la maturazione della tecnologia di rivestimento bifacciale simultaneo, si prevede che il processo raggiungerà un migliore equilibrio tra costi e prestazioni, guidando così l’intero settore delle batterie al litio verso una qualità superiore e un consumo energetico inferiore.

Acey Nuova Energiaè specializzata nella ricerca e produzione di apparecchiature di fascia alta per batterie agli ioni di litio. Siamo in grado di fornire una soluzione completa per la linea di produzione di batterie agli ioni di litio per batterie cilindriche, celle a bottone, celle a sacchetto.