دستگاه هات رول پرس باتری (Hot Roller Press)

دستگاه هات رول پرس باتری (Hot Roller Press) یا به عبارتی دستگاه پرس غلتکی داغ عمدتاً برای ساخت و بهبود الکترودهای باتری در آزمایشگاه طراحی شده است و یکی از مراحل ساخت الکترود باتری بعد از مرحله پوشش فیلم است.

هات رول پرس باتری (Hot Roller Press) چیست؟

پرس غلتکی داغ یک قطعه مهم از تجهیزات در تولید باتری لیتیوم یون (LIB) است که برای کلندری (فشرده سازی و صاف کردن) مواد الکترود تحت حرارت و فشار استفاده می شود. ضخامت یکنواخت را تضمین می کند، تراکم مواد را افزایش می دهد و عملکرد باتری را با بهینه سازی ریزساختار الکترود بهبود می بخشد.

دستگاه هات رول پرس با نازک کردن و افزایش چگالی مواد الکترودی باعث و افزایش چگالی انرژی سل های باتری می شود. علاوه بر این با فشرده کردن مواد الکترودی روی بستر رسانا باعث بهبود سیکل پذیری باتری می گردد.

کار کردن با این دستگاه خیلی ساده است و فقط نیاز به تنظیم ضخامت مورد نظر و دمای عملیات دارد. شکل زیر جزئیات یکی از مدل های این دستگاه را نشان می دهد.

همچنین برای فشار دادن مقادیر کمی از فلزات گرانبها مانند طلا و نقره و مواد غیر آهنی مانند مس و آلومینیوم با دمای کنترل شده استفاده می شود. ضخامت نورد قابل تنظیم است و عملیات ساده است.

اساس کار هات رول پرس باتری

پرس غلتکی گرم شامل دو غلتک گرم شده است که هم دما و هم فشار را به ورق های الکترود پوشش داده شده (کاتد و آند) اعمال می کند و فرآیندهای زیر انجام می گیرد:

• گرمایش: غلتک ها تا دمای تنظیم شده (معمولاً بین 50 تا 150 درجه سانتیگراد بسته به ماده) گرم می شوند.
• فشرده سازی: ورق الکترود از بین غلتک ها عبور می کند که فشار اعمال می کند (معمولاً 50-300 کیلو نیوتن).
• کنترل ضخامت: ماده روی الکترود به ضخامت دقیق پرس می شود و یکنواختی الکترود را بهبود می بخشد.
• خنک‌سازی و جمع‌آوری: الکترود پرس شده خنک می‌شود و برای پردازش بیشتر روی یک قرقره پیچیده می‌شود.

مزایای کلیدی استفاده از هات رول پرس باتری در تولید باتری

✅ تراکم انرژی را بهبود می بخشد: چگالی الکترود را افزایش می دهد که منجر به ظرفیت بالاتر می شود.
✅ افزایش رسانایی: مقاومت داخلی را کاهش می دهد و عملکرد الکتروشیمیایی را بهبود می بخشد.
✅ از بین بردن شکاف ها و حفره های هوا: فشرده سازی یکنواخت را تضمین می کند و از عیوب جلوگیری می کند.
✅ چسبندگی بهتر: پیوند بین مواد فعال و کلکتور جریان را افزایش می دهد.
✅ صافی سطح را بهینه می کند: کیفیت پوشش الکترود و مرطوب شدن الکترولیت را بهبود می بخشد.

کاربردهای هات رول پرس باتری در سیستم های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی

باتری های لیتیوم یون (LIBs): برای فشرده سازی آند (گرافیت، MCMB، سیلیکون و …) روی بستر مس و کاتد (NMC، LFP، LCO و …) روی بستر آلومینیوم استفاده می شود.

باتری های حالت جامد: به فشرده سازی الکترولیت های جامد و الکترودهای کامپوزیت کمک می کند.

ابرخازن ها: صافی سطح و تراکم الکترود را بهبود می بخشد.

سلول های سوختی: یکنواختی مواد را در کاربردهای لایه نازک افزایش می دهد.

چالش ها و ملاحظات

حساسیت مواد: برخی از مواد فعال در دماهای بالا تجزیه می شوند.

تراز غلتکی: تراز ضعیف می تواند باعث نقص و ضخامت غیر یکنواخت شود.

مشکلات چسبندگی: تنظیمات نادرست ممکن است باعث لایه برداری الکترود شود.

آلودگی غلتکی: تمیز کردن منظم برای جلوگیری از آلودگی ذرات مورد نیاز است.