Processo di produzione della batteria al litio

2025-03-26

La batteria agli ioni di litio è un sistema complesso, che include elettrodo positivo, elettrodo negativo, diaframma, elettrolita, collettore di fluidi e legante, agente conduttivo, ecc. Le reazioni coinvolte includono la reazione elettrochimica dell'elettrodo positivo e dell'elettrodo negativo, la conduzione degli ioni di litio, la conduzione degli elettroni e la diffusione del calore, ecc. Il processo di produzione della batteria al litio è lungo e coinvolge più di 50 processi.

La batteria al litio può essere suddivisa in batteria cilindrica, batteria quadrata e batteria a pacchetto morbido in base alla forma, e il suo processo di produzione presenta alcune differenze, ma in generale, il processo di produzione del litio può essere suddiviso nel primo passaggio (produzione degli elettrodi), nel passaggio intermedio (sintesi delle celle), e nell'ultimo passaggio (formazione e imballaggio). Poiché la prestazione di sicurezza della batteria agli ioni di litio è molto elevata, l'accuratezza, la stabilità e il livello di automazione dell'attrezzatura per batterie sono altamente richiesti nel processo di produzione delle batterie.

Le attrezzature elettriche al litio includono materiali anodici e catodici, materiali per diaframmi, elettroliti e altre materie prime attraverso un processo ordinato, l'attrezzatura per il processo di produzione, l'attrezzatura elettrica al litio ha un impatto significativo sulle prestazioni e sul costo della batteria al litio, ed è uno dei determinanti. A seconda dei diversi processi tecnologici, l'attrezzatura elettrica al litio può essere suddivisa in attrezzature della sezione anteriore, attrezzature della sezione intermedia e attrezzature della sezione posteriore. Nella linea di produzione del litio, il valore delle attrezzature della sezione anteriore, della sezione intermedia e della sezione posteriore rappresenta circa 4:3:3.

L'obiettivo di produzione del primo passaggio è completare la fabbricazione delle piastre polari (positive e negative). 

Il processo principale del processo precedente è: miscelazione, rivestimento, pressatura a rullo, taglio, produzione, fustellatura, le attrezzature coinvolte includono principalmente: miscelatore, macchina di rivestimento, pressa a rullo, macchina da taglio, macchina di produzione, macchina fustellatrice e così via.

La miscelazione della slurria (attrezzatura utilizzata: miscelatore sottovuoto) consiste nel mescolare uniformemente i materiali solidi della batteria, positivi e negativi, e poi aggiungere un solvente per mescolare in una slurria. La miscelazione della slurria è l'inizio del processo precedente, ed è destinata a completare i successivi processi di rivestimento, rullo e altri processi.

 Rivestimento (attrezzatura: macchina per rivestimento) è il processo di mescolare uniformemente la slurries rivestita sulla pellicola metallica e asciugarla in pezzi positivi e negativi. Essendo la parte centrale del processo precedente, la qualità dell'esecuzione del processo di rivestimento influisce profondamente sulla coerenza, la sicurezza e il ciclo di vita della batteria finita, quindi la macchina per rivestimento ha il valore più elevato tra le attrezzature nel processo precedente.

 Presse a rullo (attrezzatura utilizzata: pressa a rullo) serve a comprimere ulteriormente il foglio elettrodico rivestito per migliorare la densità energetica della batteria. La liscezza dell'elettrodo posteriore pressato a rullo influisce direttamente sull'effetto di lavorazione del processo di taglio successivo, e l'uniformità del materiale attivo dell'elettrodo influisce indirettamente sulle prestazioni della cella.

Taglio (attrezzatura utilizzata: macchina da taglio) serve a ritagliare continuamente la bobina più ampia del polo in un certo numero di pezzi stretti della larghezza richiesta. Nel processo di taglio, il pezzo del polo incontra un guasto da frattura da taglio, e il livello del bordo dopo il taglio (senza bave, senza piegature) è fondamentale per valutare le prestazioni della macchina da taglio.

Produzione di film (attrezzatura: macchina per produzione di film) include la saldatura dei terminali del polo dopo il taglio, l'incollaggio del nastro protettivo, l'avvolgimento dei terminali del polo o l'uso del taglio laser per modellare i terminali del polo, ecc., per il successivo processo di avvolgimento. Il taglio a fustella (attrezzatura utilizzata: macchina per taglio a fustella) è il rivestimento dopo la formatura a punzonatura del pezzo del polo, per il processo successivo.

Il obiettivo di produzione del processo di metà corso è completare la fabbricazione della cella. Ci sono differenze nel percorso tecnico e nella dotazione di linea di produzione del processo di metà corso per diversi tipi di batterie al litio. 

L'essenza del processo di metà corso è il processo di assemblaggio. In particolare, è l'assemblaggio ordinato dei pezzi del polo (positivo e negativo) realizzati nel processo precedente con il diaframma e l'elettrolita. A causa delle diverse strutture di accumulo di energia delle batterie quadrate (rotolo), cilindriche (rotolo) e a pacchetto morbido (strato), ci sono differenze evidenti nel percorso tecnico e nelle attrezzature della linea di produzione dei diversi tipi di batterie al litio nel processo di metà corso. In particolare, il processo di metà corso della batteria quadrata e cilindrica include principalmente avvolgimento, iniezione di liquido e imballaggio. Le attrezzature coinvolte includono principalmente: macchina da avvolgere, macchina per iniezione di liquido, attrezzature per imballaggio (macchina per alimentazione guscio, macchina per rullatura scanalature, macchina per sigillatura, macchina per saldatura), ecc. Il processo principale del processo di metà corso della batteria a pacchetto morbido è la laminazione, l'iniezione di liquido e l'imballaggio. Le attrezzature coinvolte includono principalmente macchina per laminazione, macchina per iniezione di liquido e attrezzature per imballaggio.

Avvolgimento (attrezzatura utilizzata: macchina da avvolgere) è utilizzato per avvolgere il foglio del polo realizzato dal processo di produzione o meccanismo di taglio a fustella in una cella di batteria della batteria agli ioni di litio, principalmente utilizzato nella produzione di batterie al litio quadrate e rotonde. La macchina da avvolgere può essere suddivisa in due categorie: macchina da avvolgere quadrata e macchina da avvolgere cilindrica, rispettivamente per la produzione di batterie al litio quadrate e cilindriche. Rispetto all'avvolgimento cilindrico, il processo di avvolgimento quadrato richiede un controllo della tensione più elevato, quindi la macchina da avvolgere quadrata è più difficile.

Laminazione (attrezzatura utilizzata: laminatrice)è la laminazione di singoli pezzi polari realizzati nel processo di taglio a freddo in celle di batterie a litio-ione, principalmente utilizzate nella produzione di batterie flessibili. Rispetto alle celle quadrate e cilindriche, le celle a rivestimento morbido presentano vantaggi evidenti in termini di densità energetica, sicurezza e prestazioni di scarico. Tuttavia, quando il laminatore completa un singolo compito di impilamento, coinvolge il coordinamento di più sotto-processi e meccanismi complessi, quindi deve affrontare il controllo delle dinamiche complesse per migliorare l'efficienza di impilamento. La velocità della macchina di avvolgimento è direttamente correlata all'efficienza di avvolgimento, e il metodo di incremento dell'efficienza è relativamente semplice. Attualmente, l'efficienza produttiva e il rendimento della cella laminata non sono buoni come quelli della cella avvolta.

La macchina di iniezione di liquido (attrezzatura utilizzata: macchina di iniezione di liquido) è l'iniezione quantitativa dell'elettrolita della batteria nella cella.

Il packaging del core (attrezzatura utilizzata: macchina per gusci, macchina per rullare scanalature, macchina di sigillatura, macchina di saldatura) serve a mettere il core avvolto all'interno del guscio del core.

L'obiettivo di produzione dell'ultimo processo è completare la formazione e l'incapsulamento.

 Nel processo intermedio, la struttura funzionale della cella della batteria al litio è stata formata, ed il significato del processo successivo è attivarla, attraverso rilevazione, selezione, assemblaggio, l'uso della sicurezza, delle prestazioni stabili dei prodotti delle batterie al litio. Il processo principale della parte finale del processo include: formazione, separazione volumetrica, rilevazione, selezione, ecc. Le attrezzature coinvolte includono principalmente: macchina di carica e scarica, attrezzature di rilevazione, ecc.

Formazione (attrezzatura utilizzata: macchina di carica-scarica) serve ad attivare la cella attraverso la prima carica, durante la quale si genera un'adeguata pellicola di passivazione efficace (pellicola SEI) sulla superficie dell'elettrodo negativo per raggiungere l' “inizializzazione” della batteria al litio.

Divisione della capacità (attrezzatura utilizzata: macchina di carica e scarica), ossia, “analisi della capacità”, serve a caricare e scaricare la cella in conformità agli standard di progettazione, per misurare la capacità elettrica della cella. La carica e lo scarico della cella avvengono attraverso il processo di formazione, quindi la macchina di carica e scarica è l'attrezzatura più comunemente utilizzata dopo il core. L'unità di lavoro minima della macchina di carica-scarica è “canale”. Un “unità” (BOX) è composta da un certo numero di “canali”, e un certo numero di “unità” sono combinate insieme per formare una macchina di carica-scarica.

Test (attrezzatura utilizzata: attrezzature di test) devono essere effettuati prima e dopo la carica, scarica e stazionamento; la selezione serve a classificare e selezionare le batterie dopo la formazione e la separazione volumetrica secondo determinati standard in base ai risultati dei test. Il significato del processo di rilevazione e selezione non è solo quello di eliminare i prodotti non conformi, perché nell'applicazione pratica della batteria a litio-ione, la cella è spesso combinata in parallelo e in serie, quindi la selezione di celle con prestazioni simili è favorevole per le prestazioni complessive della batteria per raggiungere l'ottimale.