Processo de Produção de Baterias de Litio

2025-03-26

A bateria de íons de lítio é um sistema complexo, incluindo eletrodo positivo, eletrodo negativo, diafragma, eletrólito, coletor de fluido e aglutinante, agente condutor, etc. As reações envolvidas incluem reações eletroquímicas do eletrodo positivo e negativo, condução de íons de lítio, condução de elétrons e difusão de calor, etc. O processo de produção da bateria de lítio é longo, envolvendo mais de 50 processos.

A bateria de lítio pode ser dividida em bateria cilíndrica, bateria quadrada e bateria de pacote flexível de acordo com a forma, e seu processo de produção possui algumas diferenças, mas, de modo geral, o processo de fabricação de lítio pode ser dividido na primeira etapa (fabricação do pólo), na etapa intermediária (sintese da célula), e na última etapa (formação e embalagem). Devido ao alto desempenho de segurança da bateria de íons de lítio, a precisão, estabilidade e nível de automação do equipamento de bateria são altamente exigidos no processo de fabricação da bateria.

Equipamentos elétricos de lítio são os materiais de ânodo e cátodo, materiais de diafragma, eletrólito e outras matérias-primas por meio de um processo ordenado, equipamentos de processo de fabricação, os equipamentos elétricos de lítio têm um impacto significativo no desempenho e custo da bateria de lítio, sendo um dos determinantes. De acordo com diferentes processos tecnológicos, o equipamento elétrico de lítio pode ser dividido em equipamento da seção frontal, equipamento da seção intermediária e equipamento da seção traseira. Na linha de produção de lítio, o valor do equipamento da seção frontal, seção intermediária e seção traseira representa cerca de 4:3:3.

O objetivo da produção da primeira etapa é completar a fabricação de placas polares (positivas e negativas). 

O principal processo da etapa anterior é: mistura, revestimento, prensagem a rolo, corte, produção, corte a matriz, os equipamentos envolvidos incluem principalmente: misturador, máquina de revestimento, prensa a rolo, máquina de fatiamento, máquina de produção, máquina de corte a matriz e assim por diante.

A mistura de pasta (equipamento utilizado: misturador a vácuo) é misturar os materiais sólidos da bateria positivos e negativos uniformemente e, em seguida, adicionar solvente para agitar até formar uma pasta. A mistura de pasta é o início do processo anterior, é completar o revestimento subsequente, prensagem a rolo e outros processos anteriores à fundação.

 O revestimento (equipamento: máquina de revestimento) é para agitar a pasta uniformemente revestida na folha de metal e secá-la para formar peças positivas e negativas. Como a parte central do processo anterior, a qualidade de execução do processo de revestimento afeta profundamente a consistência, segurança e ciclo de vida da bateria final, portanto, a máquina de revestimento é o equipamento de maior valor no processo anterior.

 A prensagem a rolo (equipamento utilizado: prensa a rolo) é para comprimir ainda mais a folha de eletrodo revestida para melhorar a densidade de energia da bateria. A suavidade do eletrodo traseiro prensado a rolo afeta diretamente o efeito de processamento do processo de corte subsequente, e a uniformidade do material ativo do eletrodo afeta indiretamente o desempenho da célula.

O corte (equipamento utilizado: máquina de corte) é para cortar continuamente a bobina mais larga do polo em uma série de peças estreitas com a largura requerida. No processo de corte, a fatia do polo encontra falha de fratura de cisalhamento, e o nível da borda após o corte (sem rebarbas, sem dobra) é a chave para avaliar o desempenho da máquina de corte.

A fabricação de filmes (equipamento: máquina de fabricação de filmes) inclui a soldagem dos terminais do polo após o corte, colagem de fita protetora, embrulho dos terminais do polo ou uso de corte a laser para moldar terminais do polo, etc., para o processo subsequente de enrolamento. O corte a matriz (equipamento utilizado: máquina de corte a matriz) é o revestimento após a moldagem da peça do polo, para o processo subsequente.

O objetivo da produção do processo intermediário é completar a fabricação da célula. Existem diferenças na rota técnica e no equipamento da linha de produção do processo intermediário para diferentes tipos de baterias de lítio. 

A essência do processo intermediário é o processo de montagem. Especificamente, é a montagem ordenada das peças polares (positivas e negativas) feitas do processo anterior com o diafragma e o eletrólito. Devido às diferentes estruturas de armazenamento de energia das baterias quadradas (em rolo), cilíndricas (em rolo) e de embalagem macia (em camadas), existem diferenças óbvias na rota técnica e no equipamento da linha de produção de diferentes tipos de baterias de lítio no processo intermediário. Especificamente, o processo intermediário da bateria quadrada e cilíndrica inclui principalmente enrolamento, injeção de líquido e embalagem. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente: máquina de enrolamento, máquina de injeção de líquido, equipamento de embalagem (máquina de alimentação de invólucro, máquina de rolagem de sulco, máquina de vedação, máquina de soldagem), etc. O principal processo do processo intermediário da bateria de embalagem macia é a laminação, injeção de líquido e embalagem. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente máquina de laminação, máquina de injeção de líquido e equipamento de embalagem.

Enrolamento (equipamento usado: máquina de enrolar)é usado para enrolar a folha de polo feita pelo processo de fabricação ou mecanismo de corte a die de enrolamento na célula da bateria de íon de lítio, sendo principalmente utilizado na produção de baterias de lítio quadradas e redondas. A máquina de enrolamento pode ser subdividida em máquina de enrolamento quadrada e máquina de enrolamento cilíndrica, respectivamente para a produção de baterias de lítio quadradas e cilíndricas. Comparado ao enrolamento cilíndrico, o processo de enrolamento quadrado requer um controle de tensão mais alto, portanto a máquina de enrolamento quadrada é mais difícil.

Laminação (equipamento utilizado: laminador) é a laminação de peças de polo únicas feitas no processo de corte a die em células de bateria de lítio-íon, sendo principalmente utilizada na produção de baterias flexíveis. Comparado com células quadradas e cilíndricas, células de revestimento macio têm vantagens óbvias em densidade de energia, segurança e desempenho de descarga. No entanto, quando o laminador completa uma tarefa única de empilhamento, envolve a coordenação de múltiplos subprocessos e mecanismos complexos, portanto, precisa lidar com o controle dinâmico complexo para melhorar a eficiência de empilhamento. A velocidade da máquina de enrolamento está diretamente relacionada à eficiência de enrolamento, e o método de aumento de eficiência é relativamente simples. No momento, a eficiência de produção e o rendimento da célula laminada não são tão bons quanto os da célula enrolada.

Máquina de injeção líquida (equipamento utilizado: máquina de injeção líquida) é a injeção quantitativa de eletrólito da bateria na célula.

Embalagem do núcleo (equipamento utilizado: máquina de casca, máquina de rolamento de ranhura, máquina de selagem, máquina de soldagem) é colocar o núcleo enrolado dentro da casca do núcleo.

O objetivo de produção do último processo é completar a formação e encapsulamento.

 No meio do processo, a estrutura funcional da célula da bateria de lítio já foi formada, o significado do último processo é ativá-la, através de detecção, classificação, montagem, o uso de produtos de bateria de lítio com segurança e desempenho estável. O principal processo da parte final inclui: formação, separação de volume, detecção, classificação, etc. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente: máquina de carga e descarga, equipamentos de detecção, etc.

Formação (equipamento utilizado: máquina de carga-descarga) é ativar a célula através da primeira carga, durante a qual uma película de passivação eficaz (filme SEI) é gerada na superfície do eletrodo negativo para alcançar a “inicialização” da bateria de lítio.

Divisão de capacidade (equipamento utilizado: máquina de carga e descarga), ou seja, “análise de capacidade”, é carregar e descarregar a célula de acordo com o padrão de projeto, a fim de medir a capacidade elétrica da célula. O carregamento e descarregamento da célula através do processo de formação, capacitivo, portanto a máquina de carga e descarga é o equipamento mais comumente utilizado após o núcleo. A unidade mínima de trabalho da máquina de carga-descarga é “canal”. Uma “unidade” (BOX) é composta por vários “canais”, e várias “unidades” são combinadas para formar uma máquina de carga-descarga.

Testes (equipamento usado: equipamento de teste) devem ser realizados antes e depois do carregamento, descarregamento e em repouso; A classificação é para classificar e selecionar as baterias após a formação e separação de volume de acordo com certos padrões com base nos resultados dos testes. O significado do processo de detecção e classificação não é apenas eliminar produtos não qualificados, porque na aplicação prática da bateria de íon de lítio, a célula é frequentemente combinada em paralelo e série, então a seleção da célula com desempenho similar é benéfica para o desempenho geral da bateria alcançar o ideal.