Riassunto analitico
La laminazione è una delle tecnologie utilizzate per l’assemblaggio delle celle che costituiscono le batterie agli ioni di litio per i formati pouch e prismatici. In tale processo anodo, catodo e separatore, la membrana porosa che permette il passaggio degli ioni di litio, vengono fatti aderire tra loro mediante calore e pressione. La nuova tecnologia, denominata laminazione a freddo, si propone di rivoluzionare il processo convenzionale riducendo i consumi di energia e materiali, con vantaggi dal punto di vista economico e ambientale. Queste migliorie verrebbero sviluppate attraverso:
- Eliminazione del belt protector; foglio di polietilene tereftalato (PET) che trasporta gli elettrodi e i separatori attraverso la zona di preriscaldo e i rulli di laminazione, evitando la contaminazione delle celle da colla o altri elementi durante la laminazione. Si otterrebbe così un notevole risparmio sui costi di produzione e sulla produzione di rifiuti, considerando che le bobine di belt protector non sono riutilizzabili. Si ridurrebbero inoltre i fermi macchina non essendo più necessario sostituire le bobine quando il materiale si esaurisce.
- Riscaldamento del solo separatore; grazie ad una capacità termica inferiore rispetto agli elettrodi, il separatore può essere riscaldato più facilmente, consentendo una riduzione dell’area di preriscaldo con minor spesa energetica. Inoltre, si evitano stress termici e possibili deformazioni della cella dovuti al passaggio degli elettrodi in una zona ad alta temperatura. Per poter affermare che la laminazione a freddo sia una valida alternativa al processo convenzionale è stato necessario confrontare i risultati ottenuti con i due diversi processi. Per fare questo, è stato dapprima caratterizzato il separatore tramite spettroscopia FT-IR e test di Gurley per comprenderne rispettivamente le caratteristiche chimiche e la permeabilità prima di essere processato. È stato inoltre validato il pirometro a infrarossi per la misura della temperatura del separatore, un parametro chiave del processo di laminazione. Con questo metodo di misura sono state ricavate le curve di raffreddamento del separatore in aria, in funzione di velocità di scorrimento nel laminatoio, al fine di fornire indicazioni utili per lo sviluppo del processo. In seguito, sono stati effettuati test di laminazione su elettrodi, variando i parametri di processo al fine di individuare le condizioni ottimali di laminazione. I campioni ottenuti sono stati analizzati attraverso diversi test, che hanno caratterizzato la forza di adesione tra il separatore e gli elettrodi, e la permeabilità del separatore in seguito al processo di laminazione. I risultati ottenuti mostrano che, ottimizzando le condizioni operative, il processo di laminazione a freddo garantisce una qualità di laminazione comparabile a quella ottenibile con il processo convenzionale.
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Abstract
Lamination is a cell assembly process for the manufacturing of lithium-ion batteries pouch and prismatic formats. The conventional lamination process consists of heating and applying pressure to the cell components to glue them together. During the internship at Manz Italy S.R.L., the limits of this process were investigated, to identify an alternative technology. The new process, called cold lamination, aims to improve the finished product, the battery, but also reduce the production costs and machine footprint. The key difference between the conventional and the cold process is that the lamination is performed between a warm separator and cold electrodes. Firstly, the separator, the element that avoids short circuit of the cell, was characterized using FT-IR spectroscopy to assess its chemical composition. Secondly an infrared pyrometer sensor was validated for the non-contact measurement of the separator temperature, a key parameter of the lamination process. Subsequently, the samples obtained by varying conditions and lamination layouts, were analyzed through the adhesion strength test between the laminated materials and permeability change of the separator. The data obtained showed that the two lamination technologies lead to comparable results, concluding that cold lamination could be an alternative to the conventional process.
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