תהליך הגלגול, המבוצע על אלקטרודות של סוללת ליתיום- לאחר ציפוי וייבוש, הוא שלב מכריע בתהליך הייצור. במילים פשוטות, גלגול הוא תהליך המשתמש בלחץ של מפעל גלגול גבוה- כדי לדחוס את ציפוי החומר הפעיל הרופף והנקבובי על קולט הזרם (רדיד אלומיניום או נחושת) לכדי סרט דק צפוף.
שלב זה הכרחי בעיקר למטרות הליבה הבאות:
1. הגדלת צפיפות האנרגיה
זו המטרה הישירה ביותר. לאחר הציפוי, החומר הפעיל על משטח האלקטרודה (כגון ליתיום קובלט אוקסיד, ליתיום ברזל פוספט, גרפיט וכו') נמצא במצב צבירה רופף וגרגירי, עם חללים רבים בין החלקיקים.
השפעה: באמצעות דחיסה מתגלגלת, החללים בין החלקיקים מצטמצמים, ומגדילים את מסת החומר הפעיל שניתן להכיל ליחידת נפח, ובכך מגדילה ישירות את צפיפות האנרגיה הנפחית של התא. ניתן לארוז יותר אנרגיה בחלל התא המוגבל.
2. הפחתת התנגדות פנימית ושיפור ביצועי קצב
ההתנגדות הפנימית של הסוללה משפיעה ישירות על מהירות הטעינה והפריקה שלה ויצירת החום.
התנגדות למגע:לפני הגלגול, נקודות המגע בין חלקיקי החומר הפעיל ובין החומר הפעיל לקולט הזרם הן פיזיות בלבד, וכתוצאה מכך נתיב הובלת אלקטרונים ארוך והתנגדות גבוהה. לאחר הגלגול, החלקיקים משטחים ומסדרים מחדש, יוצרים מגע פני השטח או מגע נקודתי הדוק יותר, ובונים רשת מוליכה יציבה. במקביל, כוח ההדבקה בין שכבת החומר הפעיל לקולט הזרם מוגבר באופן משמעותי. זה מקטין במידה ניכרת את ההתנגדות הפנימית האוהמית של הסוללה, ומאפשר לאלקטרונים לנוע במהירות, ובכך תומך בטעינה ופריקה של זרם- גבוה (ביצועים בקצב גבוה-) ומפחית את יצירת החום במהלך טעינה ופריקה.
3. חיי מחזור משופרים
אם האלקטרודה אינה מגולגלת או שאינה דחוסה מספיק, היא תתמודד עם בעיות יציבות במהלך מחזורי טעינה ופריקה של הסוללה.
דיכוי דלמינציה:גלגול משפר את חוזק הקליפה בין הציפוי לקולט הזרם. אם הציפוי רופף, הוא נוטה להתנתק מנייר הכסף או להתפרק במהלך מחזורי טעינה ופריקה חוזרים ונשנים (החדרה ומיצוי של ליתיום-יונים הגורמים להרחבת נפח והתכווצות החומר הפעיל), מה שמוביל לדעיכה מהירה בקיבולת.
יציבות מבנית:מבנה אלקטרודה צפוף מגביל טוב יותר את שינויי הנפח של החומר הפעיל במהלך הרכיבה, שומר על שלמות מבנה האלקטרודה ובכך מאריך את חיי הסוללה.
ACEY-HRP100מכונת לחיצת גליליםמתאים בעיקר לגלגול חשמלי של חומרי סוללה במעבדה, כמות קטנה של חומרי מתכת יקרים כגון זהב וכסף, וחומרים לא-ברזליים כגון נחושת ואלומיניום בטמפרטורה מסוימת. עובי הגלגול מתכוונן והתפעול פשוט. זה מתאים במיוחד לדילול והגדלת הצפיפות של לוחות מוט סוללת ליתיום מחומרי אנרגיה נקיים.
4. שליטה באחידות עובי ובתהליכים הבאים
אחידות עובי:תהליך הסלילה או הערימה מציב דרישות מחמירות ביותר לסובלנות העובי של יריעות האלקטרודות. אם יריעות האלקטרודות אינן מגולגלות, עובי הציפוי משתנה מאוד והמשטח אינו אחיד, מה שגורם לחוסר יישור סביר במהלך הסלילה שלאחר מכן. במהלך הערימה, עובי לא אחיד עלול לנקב את המפריד, ולגרום לסכנת קצר חשמלי.
הפחתת עובי:העובי של יריעות האלקטרודה המגולגלות הוא בדרך כלל רק 60%-80% מעובי הציפוי המקורי. זה חוסך מקום לתהליכי סלילה/ערימה הבאים, מה שמועיל למזעור התא.
5. ייעול נקבוביות
גלגול אינו עניין של לחיצה צפופה ככל האפשר; אלא, מדובר בשליטה על הנקבוביות בטווח סביר.
מאזן מפתח:נקבוביות מתאימה (בדרך כלל 25%-35% עבור אנודות ליתיום- ו-20%-30% עבור קתודות) מבטיחה גם מקום אחסון אלקטרוליטים מספיק, ומבטיחה תעלות הובלה חלקות של ליתיום-יון בין השלב המוצק והנוזל (מוליכות יונית), וגם מוליכות אלקטרונית מספקת. יצירת גלילים היא אמצעי חיוני להשגת איזון זה בין מוליכות אלקטרונית ליונית.
לסיכום:ללא תהליך יצירת הגליל, האלקטרודה תהיה בעלת מבנה "כמו-ספוג". אלקטרודות כאלה לא רק בעלות צפיפות אנרגיה נמוכה, אלא גם סובלות ממוליכות אלקטרונית ירודה ומקשר חלש עם קולט הזרם, מה שהופך אותן לבעיות כמו קיטוב גבוה, יצירת חום חמור, ציפוי ליתיום (אלקטרודה שלילית), ונשירת אבקה במהלך טעינה ופריקה. כתוצאה מכך סוללות לא עומדות בדרישות חיי המחזור והבטיחות המסחריות.
הערה נוספת:בעוד שיצירת גלילים היא קריטית, צפיפות הדחיסה צריכה להיות מבוקרת במדויק בהתבסס על מערכות חומרים שונות (למשל, פוספט ליתיום ברזל רגיש לדחיסה, בעוד שחומרים משולשים דורשים איזון של קשיחות). דחיסה-יתירה מובילה לנקבוביות נמוכה מדי, מה שמקשה על הרטבת אלקטרוליט ומפריע להובלת יונים של- ליתיום, דבר שמזיק לביצועי הסוללה ואף עלול לגרום לשבירות ושבירה של האלקטרודות במקרים חמורים. לכן, תהליך יצירת הגליל הוא לעתים קרובות היבט הליבה של בקרת איכות.