Processus de production de batteries au lithium

2025-03-26

La batterie lithium-ion est un système complexe, comprenant l'électrode positive, l'électrode négative, le diaphragme, l'électrolyte, le collecteur de fluide et le liant, ainsi que l'agent conducteur, etc. Les réactions impliquées comprennent la réaction électrochimique de l'électrode positive et de l'électrode négative, la conduction des ions lithium, la conduction des électrons et la diffusion de la chaleur, etc. Le processus de production de la batterie lithium est long, impliquant plus de 50 processus.

La batterie lithium peut être divisée en batterie cylindrique, batterie carrée et batterie à emballage souple selon la forme, et son processus de production présente certaines différences, mais dans l'ensemble, le processus de fabrication du lithium peut être divisé en la première étape (fabrication des pôles), l'étape intermédiaire (synthèse des cellules) et la dernière étape (formation et emballage). Étant donné que les performances de sécurité de la batterie lithium-ion sont très élevées, la précision, la stabilité et le niveau d'automatisation des équipements de batterie sont fortement exigés dans le processus de fabrication de la batterie.

Les équipements électriques au lithium sont les matériaux d'anode et de cathode, les matériaux de diaphragme, l'électrolyte et d'autres matières premières suivant un processus ordonné. Cela affecte de manière significative la performance et le coût de la batterie lithium, et est l'un des déterminants. Selon les différents processus technologiques, les équipements électriques au lithium peuvent être divisés en équipements de section avant, équipements de section intermédiaire et équipements de section arrière. Dans la ligne de production de lithium, la valeur des équipements de section avant, section intermédiaire et section arrière représente environ 4:3:3.

L'objectif de production de la première étape est de compléter la fabrication des plaques polaires (positives et négatives).  

Le principal processus de l'étape précédente est : mélange, revêtement, pressage à rouleau, découpe, production, découpe à l'emporte-pièce, les équipements impliqués comprennent principalement : mélangeur, machine de revêtement, presse à rouleaux, machine de découpe, machine de production, machine de découpe à l'emporte-pièce, etc.

Mélange de pâte (équipement utilisé : mélangeur sous vide) consiste à mélanger uniformément les matériaux de batterie solides positifs et négatifs, puis à ajouter un solvant pour remuer jusqu'à obtenir une pâte. Le mélange de pâte est le début du processus précédent, servant de base pour compléter les processus de revêtement, de pressage à rouleaux et d'autres.

 Revêtement (équipement : machine de revêtement) consiste à remuer la pâte uniformément appliquée sur le papier métallique et séchée pour obtenir des morceaux positifs et négatifs. En tant que partie centrale du processus précédent, la qualité d'exécution du processus de revêtement affecte profondément la cohérence, la sécurité et le cycle de vie de la batterie finie, si bien que la machine de revêtement est l'équipement le plus précieux dans le processus précédent.

 Pressage à rouleaux (équipement utilisé : presse à rouleaux) est destiné à comprimer davantage la feuille d'électrode revêtue afin d'améliorer la densité énergétique de la batterie. La régularité de l'électrode arrière pressée à rouleaux affecte directement l'effet de traitement du processus de découpe suivant, et l'uniformité du matériau actif de l'électrode affecte indirectement les performances de la cellule.

Découpe (équipement utilisé : machine de découpe) consiste à trancher en continu la grande bobine de pôles en plusieurs morceaux étroits de largeur requise. Dans le processus de découpe, le morceau de pôle rencontre une fracture par cisaillement, et le niveau de bord après découpe (sans bavure, sans ondulation) est la clé pour évaluer la performance de la machine de découpe.

Fabrication de film (équipement : machine de fabrication de film)comprend le soudage des bornes de pôle après découpe, le collage de bande de protection, l'enveloppement des bornes de pôle ou l'utilisation de découpe laser pour façonner les bornes de pôle, etc., pour le processus d'enroulement ultérieur. La découpe (équipement utilisé : machine de découpe) est le revêtement après le moulage par perçage des éléments de pôle, pour le processus ultérieur.

L'objectif de production du processus intermédiaire est de compléter la fabrication de la cellule. Il y a des différences dans la route technique et l'équipement de la ligne de production du processus intermédiaire pour différents types de batteries lithium.  

L'essence du processus intermédiaire est le processus d'assemblage. Plus précisément, il s'agit de l'assemblage ordonné des éléments de pôle (positif et négatif) fabriqués lors du processus précédent avec le diaphragme et l'électrolyte. En raison des différentes structures de stockage d'énergie des batteries carrées (enroulées), cylindriques (enroulées) et de poche souple (en couches), il existe des différences évidentes dans la route technique et l'équipement de la ligne de production des différents types de batteries lithium dans le processus intermédiaire. Plus précisément, le processus intermédiaire de la batterie carrée et cylindrique comprend principalement l'enroulement, l'injection de liquide et l'emballage. Les équipements concernés incluent principalement : machine d'enroulement, machine d'injection de liquide, équipement d'emballage (machine d'alimentation en coque, machine de roulage de rainures, machine de scellage, machine à souder), etc. Le processus principal du processus intermédiaire de la batterie de poche souple est le stratifié, l'injection de liquide et l'emballage. Les équipements concernés incluent principalement la machine de stratification, la machine d'injection de liquide et l'équipement d'emballage.

L'enroulement (équipement utilisé : machine d'enroulement) est utilisé pour enrouler la feuille de pôle fabriquée par le processus de fabrication ou le mécanisme de découpe à enroulement dans la cellule de batterie de lithium-ion, principalement utilisé dans la production de batteries lithium carrées et rondes. La machine d'enroulement peut être subdivisée en machine d'enroulement carrée et machine d'enroulement cylindrique, respectivement pour la production de batteries lithium carrées et cylindriques. Par rapport à l'enroulement cylindrique, le processus d'enroulement carré nécessite un contrôle de tension plus élevé, donc la machine d'enroulement carrée est plus difficile.

La stratification (équipement utilisé : stratificateur) est la stratification des éléments de pôle uniques fabriqués dans le processus de découpe en cellules de batterie lithium-ion, principalement utilisé dans la production de batteries flexibles. Par rapport aux cellules carrées et cylindriques, les cellules à cloison souple ont des avantages évidents en termes de densité d'énergie, de sécurité et de performance de décharge. Cependant, lorsque le stratificateur termine une tâche de superposition unique, il implique la coordination de plusieurs sous-processus et mécanismes complexes, il doit donc gérer un contrôle dynamique complexe pour améliorer l'efficacité de la superposition. La vitesse de la machine d'enroulement est directement liée à l'efficacité de l'enroulement, et la méthode d'amélioration de l'efficacité est relativement simple. À l'heure actuelle, l'efficacité de production et le rendement des cellules stratifiées ne sont pas aussi bons que ceux des cellules enroulées.

La machine d'injection de liquide (équipement utilisé : machine d'injection de liquide) est l'injection quantitative de l'électrolyte de batterie dans la cellule.

Emballage principal (équipement utilisé : machine à coques, machine à rouleaux à rainure, machine de scellage, machine de soudage)est de placer le noyau enroulé dans la coque du noyau.

L'objectif de production de ce processus est de compléter la formation et l'encapsulation.

 Par le processus intermédiaire, la structure fonctionnelle de la cellule de batterie lithium a été formée, la signification du processus ultérieur est de l'activer, à travers la détection, le tri, l'assemblage, l'utilisation de sécurité, des performances stables des produits de batterie lithium. Le principal processus de la partie ultérieure du processus comprend : formation, séparation de volume, détection, tri, etc. Les équipements impliqués comprennent principalement : machine de charge et de décharge, équipements de détection, etc.

Formation (équipement utilisé : machine de charge-décharge) est d'activer la cellule par la première charge, au cours de laquelle un film de passivation efficace (film SEI) est généré à la surface de l'électrode négative pour atteindre l' « initialisation » de la batterie lithium.

Séparation de capacité (équipement utilisé : machine de charge-décharge), à savoir, « analyse de capacité », consiste à charger et décharger la cellule conformément à la norme de conception, afin de mesurer la capacité électrique de la cellule. La charge et la décharge de la cellule à travers le processus de formation, ce qui fait de la machine de charge et de décharge l'équipement le plus couramment utilisé après le cœur. L'unité de travail minimale de la machine de charge-décharge est le « canal ». Une « unité » (BOX) est composée d'un certain nombre de « canaux », et plusieurs « unités » sont combinées ensemble pour former une machine de charge-décharge.

Test (équipement utilisé : équipement de test) doit être effectué avant et après la charge, la décharge et le repos ; Le tri consiste à classer et sélectionner les batteries après formation et séparation de volume selon certaines normes selon les résultats des tests. L'importance du processus de détection et de tri est non seulement d'éliminer les produits non conformes, car dans l'application pratique de la batterie lithium-ion, la cellule est souvent combinée en parallèle et en série, donc la sélection de cellules avec des performances similaires est favorable à la performance globale de la batterie pour atteindre l'optimal.