فرآیند تولید باتری لیتیومی

2025-03-26

باتری لیتیوم یون یک سیستم پیچیده است که شامل الکترود مثبت، الکترود منفی، دیافراگم، الکترولیت، جمع‌کننده مایع و چسب، عامل هادی و غیره می‌باشد. واکنش‌های درگیر شامل واکنش الکتروشیمیایی الکترود مثبت و الکترود منفی، هدایت یون لیتیوم، هدایت الکترون و انتشار حرارت و غیره است. فرآیند تولید باتری لیتیوم طولانی است و شامل بیش از ۵۰ فرآیند می‌باشد.

باتری لیتیوم می‌تواند به باتری‌های استوانه‌ای، باتری‌های مربعی و باتری‌های بسته نرم تقسیم شود و فرآیند تولید آن‌ها تفاوت‌هایی دارد، اما به طور کلی، فرآیند تولید لیتیوم را می‌توان به سه مرحله تقسیم کرد: مرحله اول (تولید قطب)، مرحله میانی (ترکیب سلول) و مرحله آخر (شکل‌دهی و بسته‌بندی). به دلیل اینکه عملکرد ایمنی باتری لیتیوم یون بسیار بالا است، دقت، ثبات و سطح اتوماسیون تجهیزات باتری در فرآیند تولید باتری به شدت مورد نیاز است.

تجهیزات الکتریکی لیتیوم شامل مواد آند و کاتد، مواد دیافراگم، الکترولیت و سایر مواد اولیه است که از طریق فرآیندهای منظم، تجهیزات فرآیند تولید را می‌سازند. تجهیزات الکتریکی لیتیوم تأثیر قابل توجهی بر عملکرد و هزینه باتری لیتیوم دارد و یکی از عوامل تعیین‌کننده است. بر اساس فرآیندهای فناوری مختلف، تجهیزات الکتریکی لیتیوم می‌توانند به تجهیزات بخش جلو، تجهیزات بخش میانه و تجهیزات بخش عقب تقسیم شوند. در خط تولید لیتیوم، ارزش تجهیزات بخش جلو، بخش میانه و بخش عقب به ترتیب حدود ۴:۳:۳ است.

هدف تولید در مرحله اول، تکمیل ساخت صفحات قطبی (مثبت و منفی) است. 

فرآیند اصلی فرآیند قبلی شامل موارد زیر است: مخلوط کردن، پوشش دادن، پرس غلتکی، برش، تولید، برش قالب، و تجهیزات مربوطه عمدتاً شامل: میکسر، دستگاه پوشش، پرس غلتکی، دستگاه برش، دستگاه تولید، دستگاه برش قالب و غیره.

مخلوط کردن دوغاب (تجهیزات استفاده شده: میکسر وکیوم)مخلوط کردن مواد باتری جامد مثبت و منفی به طور یکنواخت و سپس افزودن حلال برای هم زدن به دوغاب است. مخلوط کردن دوغاب آغاز فرآیند قبلی است و برای تکمیل پوشش، غلتک و سایر فرآیندها قبل از بنیاد ضروری است.

 پوشش (تجهیزات: دستگاه پوشش‌دهی)هدف این است که دوغاب به طور یکنواخت بر روی فویل فلزی هم زده شود و به قطعات مثبت و منفی خشک شود. به عنوان بخش اصلی فرآیند قبلی، کیفیت اجرای فرآیند پوشش به طور عمیق بر روی یکنواختی، ایمنی و چرخه عمر باتری نهایی تأثیر می‌گذارد، بنابراین دستگاه پوشش بالاترین ارزش تجهیزات در فرآیند قبلی است.

 پرس غلتکی (با استفاده از تجهیزات: پرس غلتکی)هدف از این کار فشرده‌سازی بیشتر ورق الکترود پوشش‌دار برای بهبود چگالی انرژی باتری است. نرمی الکترود پشتی که با غلتک فشرده شده است، به‌طور مستقیم بر اثر پردازش فرآیند برش پس از آن تأثیر می‌گذارد و یکنواختی ماده فعال الکترود به‌طور غیرمستقیم بر عملکرد سلول تأثیر می‌گذارد.

برش (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه برش)هدف این است که به طور مداوم لوله بزرگتر را به تعدادی قطعه باریک با عرض مورد نیاز برش دهیم. در فرآیند برش، لوله با شکستگی برشی مواجه می‌شود و سطح لبه پس از برش (بدون زائده، بدون تاب) کلید ارزیابی عملکرد دستگاه برش است.

فیلم‌سازی (تجهیزات: دستگاه فیلم‌سازی)شامل لبه‌های میله جوشکاری پس از برش، چسباندن نوار محافظ، پیچیدن لبه‌های میله یا استفاده از برش لیزری برای شکل‌دهی به لبه‌های میله و غیره، برای فرآیند پیچش بعدی است. برش قالبی (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه برش قالبی) پوشش بعد از قالب‌گیری پانچ قطعه میله است، برای فرآیند بعدی.

هدف تولید فرآیند میانه دوره، تکمیل تولید سلول است. در فرآیند میانه دوره برای انواع مختلف باتری‌های لیتیوم، تفاوت‌هایی در مسیر فنی و تجهیزات خط تولید وجود دارد. 

فرآیند اصلی در فرآیند میانه، فرآیند مونتاژ است. به طور خاص، این مونتاژ منظم قطعات قطب (مثبت و منفی) است که از فرآیند قبلی با دیافراگم و الکترولیت ساخته شده‌اند. به دلیل ساختارهای مختلف ذخیره‌سازی انرژی باتری‌های مربعی (رول)، سیلندری (رول) و نرم (لایه)، تفاوت‌های واضحی در مسیر فنی و تجهیزات خط تولید انواع مختلف باتری‌های لیتیوم در فرآیند میانه وجود دارد. به طور خاص، فرآیند میانه باتری‌های مربعی و سیلندری عمدتاً شامل پیچش، تزریق مایع و بسته‌بندی است. تجهیزات مربوطه عمدتاً شامل: دستگاه پیچش، دستگاه تزریق مایع، تجهیزات بسته‌بندی (دستگاه تغذیه پوسته، دستگاه غلتک شیار، دستگاه مهر و موم، دستگاه جوش) و غیره است. فرآیند اصلی در فرآیند میانه باتری‌های نرم شامل لایه‌گذاری، تزریق مایع و بسته‌بندی است. تجهیزات مربوطه عمدتاً شامل دستگاه لایه‌گذاری، دستگاه تزریق مایع و تجهیزات بسته‌بندی است.

پیچش (تجهیزات استفاده شده: دستگاه پیچش)برای پیچیدن ورق قطب که توسط فرآیند ساخت یا مکانیزم برش قالب پیچیده شده است، در سلول باتری باتری لیتیوم یون استفاده می‌شود، که عمدتاً در تولید باتری لیتیوم مربعی و گرد استفاده می‌شود. ماشین پیچش می‌تواند به دو دسته ماشین پیچش مربعی و ماشین پیچش استوانه‌ای تقسیم شود که به ترتیب برای تولید باتری لیتیوم مربعی و استوانه‌ای استفاده می‌شود. در مقایسه با پیچش استوانه‌ای، فرآیند پیچش مربعی نیاز به کنترل کشش بالاتری دارد، بنابراین ماشین پیچش مربعی دشوارتر است.

لمیناسیون (تجهیزات استفاده شده: لمیناتور)لایه‌گذاری قطعات تک قطبی که در فرآیند برش قالب ساخته می‌شوند، به سلول‌های باتری لیتیوم-یونی تبدیل می‌شود که عمدتاً در تولید باتری‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود. در مقایسه با سلول‌های مربعی و استوانه‌ای، سلول‌های نرم‌پوش دارای مزایای واضحی در چگالی انرژی، ایمنی و عملکرد تخلیه هستند. با این حال، زمانی که لایه‌گذار یک کار انباشته‌سازی را کامل می‌کند، شامل هماهنگی چندین زیر فرآیند و مکانیزم‌های پیچیده است، بنابراین نیاز به کنترل دینامیک‌های پیچیده برای بهبود کارایی انباشته‌سازی دارد. سرعت دستگاه پیچش به طور مستقیم با کارایی پیچش مرتبط است و روش‌های افزایش کارایی نسبتاً ساده هستند. در حال حاضر، کارایی تولید و بازده سلول‌های لایه‌گذاری شده به خوبی سلول‌های پیچیده نیست.

دستگاه تزریق مایع (تجهیزات استفاده شده: دستگاه تزریق مایع)کوانتومی تزریق الکترولیت باتری به سلول است.

بسته‌بندی اصلی (تجهیزات استفاده شده: دستگاه پوسته، دستگاه غلتک شیار، دستگاه مهر و موم، دستگاه جوش) به معنای قرار دادن هسته پیچشی در پوسته هسته است.

هدف تولید فرآیند اخیر، تکمیل تشکیل و کپسوله‌سازی است.

  در فرآیند میانی، ساختار عملکردی سلول باتری لیتیوم شکل گرفته است، اهمیت فرآیند اخیر فعال‌سازی آن است، از طریق تشخیص، جداسازی، مونتاژ، استفاده از ایمنی و عملکرد پایدار محصولات باتری لیتیوم. فرآیند اصلی بخش اخیر شامل: تشکیل، جداسازی حجم، تشخیص، جداسازی و غیره است. تجهیزات مربوطه عمدتاً شامل: دستگاه شارژ و دشارژ، تجهیزات تشخیص و غیره است.

تشکیل (تجهیزات استفاده شده: دستگاه شارژ-دشارژ) به معنای فعال‌سازی سلول از طریق شارژ اولیه است، در این حین فیلم پاسیواسیون مؤثر (فیلم SEI) بر روی سطح الکترود منفی تولید می‌شود تا "ابتدایی‌سازی" باتری لیتیوم را به دست آورد.

تقسیم ظرفیت (تجهیزات استفاده شده: دستگاه شارژ و دشارژ) ، به عبارت دیگر، "تحلیل ظرفیت"، به معنای شارژ و دشارژ سلول مطابق با استاندارد طراحی است، به منظور اندازه‌گیری ظرفیت الکتریکی سلول. شارژ و دشارژ سلول از طریق فرآیند تشکیل و ظرفیت، بنابراین دستگاه شارژ و دشارژ پس از تجهیزات اصلی به‌طور معمول استفاده می‌شود. حداقل واحد کاری دستگاه شارژ-دشارژ "کانال" است. یک "واحد" (BOX) از تعدادی "کانال" تشکیل شده است و تعدادی "واحد" با هم ترکیب می‌شوند تا یک دستگاه شارژ-دشارژ تشکیل دهند.

آزمایش (تجهیزات استفاده شده: تجهیزات آزمایش) باید قبل و بعد از شارژ، دشارژ و ایستادن انجام شود؛ جداسازی به معنای طبقه‌بندی و انتخاب باتری‌ها پس از تشکیل و جداسازی حجم مطابق با استانداردهای خاص بر اساس نتایج آزمایش است. اهمیت فرآیند تشخیص و جداسازی نه تنها حذف محصولات غیرمجاز است، زیرا در کاربرد عملی باتری لیتیوم یون، سلول‌ها اغلب به‌صورت موازی و سری ترکیب می‌شوند، بنابراین انتخاب سلول با عملکرد مشابه به عملکرد کلی باتری کمک می‌کند تا بهینه‌ترین حالت را به دست آورد.