عملية إنتاج بطارية الليثيوم

2025-03-26

تعتبر بطارية أيون الليثيوم نظامًا معقدًا، يتضمن القطب الموجب والقطب السالب والغشاء والكهارل وجامع السائل والرباط ووكيل التوصيل وغيرها. تشمل التفاعلات المعنية التفاعل الكهروكيميائي بين القطب الموجب والقطب السالب، وتوصيل أيون الليثيوم، وتوصيل الإلكترونات، وانتشار الحرارة، إلخ. وتكون عملية إنتاج بطارية الليثيوم طويلة، حيث تشمل أكثر من 50 عملية.

يمكن تقسيم بطارية الليثيوم إلى بطارية أسطوانية وبطارية مربعة وبطارية بعبوة ناعمة حسب الشكل، ولها بعض الاختلافات في عملية الإنتاج، لكن بشكل عام يمكن تقسيم عملية تصنيع الليثيوم إلى الخطوة الأولى (تصنيع الأقطاب)، والخطوة المتوسطة (توليف الخلايا)، والخطوة الأخيرة (التشكيل والتعبئة). بسبب الأداء العالي لبطارية الليثيوم أيون في مجال السلامة، تتطلب عملية تصنيع البطاريات دقة واستقراراً ومستوى عالٍ من الأتمتة في معدات بطاريات الليثيوم.

تتكون معدات الطاقة الليثيوم من مواد الأقطاب السالبة والموجبة، ومواد الحاجز، والإلكتروليت وغيرها من المواد الخام من خلال عملية منظمة، وتؤثر معدات البطارية الليثيوم بشكل كبير على أداء وتكلفة بطارية الليثيوم، وهي واحدة من المحددات. حسب العمليات التكنولوجية المختلفة، يمكن تقسيم معدات الطاقة الليثيوم إلى معدات القسم الأمامي، ومعدات القسم الأوسط، ومعدات القسم الخلفي. في خط إنتاج الليثيوم، تمثل قيمة معدات القسم الأمامي والوسيط والخلفي حوالي 4:3:3.

الهدف من إنتاج الخطوة الأولى هو إكمال تصنيع (الصفائح الموجبة والسالبة). 

العملية الرئيسية في العملية السابقة هي: الخلط، التغطية، الضغط الأسطواني، القطع، الإنتاج، قطع القوالب، المعدات المعنية تشمل بشكل رئيسي: الخلاط، آلة التغطية، ضغط الأسطوانة، آلة الشرائح، آلة الإنتاج، آلة قطع القوالب وغيرها.

خلط الملاط (المعدات المستخدمة: خلاط فراغي) هو خلط مواد البطارية الصلبة الموجبة والسالبة بشكل متساوٍ ثم إضافة المذيب للتحريك إلى ملاط. يعتبر خلط الملاط بداية العملية السابقة، وهو لإكمال عمليات التغطية والضغط الأسطواني وغيرها من العمليات التي تسبق الأساس.

 التغطية (المعدات: آلة التغطية) هي تحريك الملاط بشكل متساوٍ على الغلاف المعدني وتجفيفه ليصبح قطعاً موجبة وسالبة. كجزء رئيسي من العملية السابقة، يؤثر تنفيذ جودة عملية التغطية بشكل عميق على التناسق والسلامة ودورة حياة البطارية النهائية، لذا تعتبر آلة التغطية هي الأكثر قيمة ضمن المعدات في العملية السابقة.

 الضغط الأسطواني (المعدات المستخدمة: ضغط الأسطوانة) هو للضغط الإضافي للورقة الكهربائية المغلفة لتحسين كثافة الطاقة للبطارية. يؤثر نعومة الكهربة الخلفية المضغوطة على التأثير المعالجة لعملية القطع اللاحقة بشكل مباشر، ويؤثر تساوي المادة النشطة للكهربة بشكل غير مباشر على أداء الخلية.

التقطيع (المعدات المستخدمة: آلة التقطيع) هو تقطيع الملف الأوسع باستمرار إلى عدد من القطع الضيقة بعرض مطلوب. في عملية القطع، تتعرض قطعة القطب لفشل كسر القص، ومستوى الحافة بعد القطع (بدون نتوء، بدون انثناء) هو المفتاح لتقييم أداء آلة التقطيع.

صنع الفيلم (المعدات: آلة صنع الفيلم)يشمل ذلك لحام وصلات الأقطاب بعد القطع، لصق الشريط الواقي، لف وصلات الأقطاب أو استخدام القطع بالليزر لتشكيل وصلات الأقطاب، وغيرها، لعملية اللف اللاحقة. يتم القطع باستخدام القالب (المعدات المستخدمة: ماكينة القطع بالقالب) هو الطلاء بعد تشكيل قطع الأقطاب، للعملية التالية.

الهدف الإنتاجي للعملية المتوسطة هو إكمال تصنيع الخلية. هناك اختلافات في الطريق الفني ومعدات خط الإنتاج للعملية المتوسطة لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم.  

جوهر العملية المتوسطة هو عملية التجميع. بشكل محدد، هي التجميع المنظم لقطع الأقطاب (الموجبة والسالبة) المصنوعة من العملية السابقة مع الغشاء والالكتروليت. نظرًا للاختلافات في هياكل تخزين الطاقة لبطاريات المربعات (اللف)، والأسطوانية (اللف)، والعبوات الناعمة (الطبقة)، توجد اختلافات واضحة في الطريق الفني ومعدات خط الإنتاج لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم في العملية المتوسطة. بشكل خاص، تشمل العملية المتوسطة لبطاريات المربعات والأسطوانية بشكل رئيسي اللف، حقن السوائل والتغليف. تشمل المعدات المعنية بشكل رئيسي: ماكينة اللف، ماكينة حقن السوائل، معدات التغليف (ماكينة تغذية القشرة، ماكينة لف التجاويف، ماكينة الختم، ماكينة اللحام)، وغيرها. العملية الرئيسية لعملية البطارية العبوة الناعمة هي الترقيم، حقن السوائل والتغليف. تشمل المعدات المعنية بشكل رئيسي ماكينة الترقيم، ماكينة حقن السوائل ومعدات التغليف.

اللف (المعدات المستخدمة: ماكينة اللف) يستخدم للف ورقة القطب المصنوعة من عملية التصنيع أو آلية قطع اللف في خلية بطارية أيونات الليثيوم، ويستخدم بشكل رئيسي في إنتاج بطاريات الليثيوم المربعة والجولة. يمكن تقسيم ماكينة اللف إلى نوعين: ماكينة لف مربعة، ماكينة لف أسطوانية، لكل منهما إنتاج بطاريات الليثيوم المربعة والأسطوانية على التوالي. بالمقارنة مع اللف الأسطواني، تتطلب عملية اللف المربعة تحكم أكبر في التوتر، لذلك فإن ماكينة اللف المربعة تكون أكثر صعوبة.

الترقيم (المعدات المستخدمة: ماكينة الترقيم) هو تكديس قطع الأقطاب الفردية المصنوعة في عملية القطع بالقالب في خلايا بطارية أيون الليثيوم، ويستخدم بشكل رئيسي في إنتاج البطاريات المرنة. بالمقارنة مع الخلايا المربعة والأسطوانية، تتمتع الخلايا المغلفة الناعمة بمزايا واضحة في كثافة الطاقة والسلامة وأداء التفريغ. ومع ذلك، عندما تكمل ماكينة الترقيم مهمة التكديس الفردية، فإنها تتطلب التنسيق بين عدة عمليات فرعية وآليات معقدة، لذلك تحتاج إلى التعامل مع تحكم ديناميكي معقد لتحسين كفاءة التكديس. سرعة ماكينة اللف مرتبطة مباشرة بكفاءة اللف، وطريقة زيادة الكفاءة بسيطة نسبيًا. حاليًا، ليست كفاءة الإنتاج وعائد خلايا الترقيم جيدة مثل تلك الخاصة بخلايا اللف.

ماكينة حقن السوائل (المعدات المستخدمة: ماكينة حقن السوائل) هي الحقن الكمي لمحلول الالكتروليت البطاري في الخلية.

التغليف الأساسي (المعدات المستخدمة: آلة القشرة، آلة التدحرج، آلة الختم، آلة اللحام) هو وضع اللب الملفوف داخل غلاف اللب.

الهدف الإنتاجي من العملية الأخيرة هو إكمال التكوين والتغليف.

 من خلال العملية المتوسطة، تم تشكيل الهيكل الوظيفي لخلايا بطاريات الليثيوم، وتكمن أهمية العملية الأخيرة في تنشيطها، من خلال الفحص، والفرز، والتجميع، واستخدام سلامة وأداء بطاريات الليثيوم المستقرة. تشمل العملية الرئيسية في الجزء الأخير من العملية: التكوين، الفصل الحجمي، الفحص، الفرز، إلخ. تشمل المعدات المعنية بشكل رئيسي: آلة الشحن والتفريغ، معدات الفحص، إلخ.

التكوين (المعدات المستخدمة: آلة الشحن والتفريغ) هو تنشيط الخلية من خلال الشحنة الأولى، والتي يتم خلالها توليد فيلم تمرير فعال (فيلم SEI) على سطح القطب السالب لتحقيق "التهيئة" لبطارية الليثيوم.

تقسيم السعة (المعدات المستخدمة: آلة الشحن والتفريغ)، أي "تحليل السعة"، هو شحن وتفريغ الخلية وفقًا لمعيار التصميم، لقياس السعة الكهربائية للخلية. يتم شحن وتفريغ الخلية من خلال عملية التكوين والسعة، لذا فإن آلة الشحن والتفريغ هي الأكثر استخدامًا بعد المعدات الأساسية. الحد الأدنى لوحدة العمل لآلة الشحن والتفريغ هو "قناة". تتكون "وحدة" (صندوق) من عدد من "القنوات"، ويتم دمج عدد من "الوحدات" معًا لتشكيل آلة الشحن والتفريغ.

الفحص (المعدات المستخدمة: معدات الفحص) يجب إجراؤه قبل وبعد الشحن والتفريغ والانتظار؛ الفرز هو تصنيف واختيار البطاريات بعد التكوين والفصل الحجمي وفقًا لمعايير معينة بناءً على نتائج الاختبار. تكمن أهمية عملية الفحص والفرز ليس فقط في القضاء على المنتجات غير المؤهلة، لأنه في التطبيق العملي لبطارية الليثيوم أيون، غالبًا ما يتم دمج الخلية بالتوازي وفي سلسلة، لذا فإن اختيار الخلية ذات الأداء المماثل يساعد على تحسين الأداء العام للبطارية لتحقيق الأمثل.