Procesul de producție a bateriilor cu litiu

2025-03-26

Bateria cu ion de litiu este un sistem complex, care include electroda pozitivă, electroda negativă, diafragma, electrolitul, colectorul de fluid și legătura, agentul conductor etc. Reacțiile implicate includ reacția electrochimică a electrodelor pozitive și negative, conducția ionilor de litiu, conducția electronilor și difuzia căldurii etc. Procesul de producție al bateriei cu litiu este lung, implicând mai mult de 50 de procese.

Bateria litiu poate fi împărțită în baterie cilindrică, baterie pătrată și baterie cu pachet moale în funcție de formă, iar procesul său de producție are unele diferențe, dar, în general, procesul de fabricație a litiului poate fi împărțit în primul pas (fabricarea electrozilor), pasul intermediar (sinteza celulelor), ultimul pas (formare și ambalare). Deoarece performanța de siguranță a bateriei cu litiu-ion este foarte ridicată, precizia, stabilitatea și nivelul de automatizare al echipamentului pentru baterii sunt foarte solicitate în procesul de fabricație a bateriilor.

Echipamentele electrice cu litiu sunt materialele anodice și catodice, materialele diafragmei, electroliții și alte materii prime printr-un proces ordonat, echipamentele de procesare. Echipamentele electrice cu litiu au un impact semnificativ asupra performanței și costului bateriei cu litiu, fiind unul dintre determinanți. În funcție de diferitele procese tehnologice, echipamentele electrice cu litiu pot fi împărțite în echipamente de secțiune frontală, echipamente de secțiune mijlocie și echipamente de secțiune din spate. În linia de producție a litiului, valoarea echipamentelor de secțiune frontală, mijlocie și din spate reprezintă aproximativ 4:3:3.

Obiectivul de producție al primului pas este de a finaliza fabricarea plăcilor polare (pozitive și negative). 

Procesul principal al procesului anterior este: amestecare, acoperire, presare cu role, tăiere, producție, tăiere cu matriță, echipamentele implicate includ în principal: mixer, mașină de acoperire, presă cu role, mașină de feliat, mașină de producție, mașină de tăiere cu matriță și așa mai departe.

Amestecarea nămolului (echipament utilizat: mixer cu vid)Se amestecă materialele solide pozitive și negative ale bateriei uniform și apoi se adaugă solvent pentru a amesteca în suspensie. Amestecarea suspensiei este începutul procesului anterior, fiind necesară pentru a finaliza procesele ulterioare de acoperire, cilindru și alte procese anterioare fundației.

 Acoperire (echipament: mașină de acoperire)Este de a amesteca uniform suspensia acoperită pe folia metalică și uscată în piese pozitive și negative. Ca parte esențială a procesului anterior, calitatea execuției procesului de acoperire afectează profund consistența, siguranța și ciclul de viață al bateriei finite, astfel încât mașina de acoperire reprezintă cea mai mare valoare a echipamentului din procesul anterior.

 Presarea cu cilindri (folosind echipament: presă cu cilindri)Este de a comprima și mai mult foaia de electrozi acoperită pentru a îmbunătăți densitatea energetică a bateriei. Neteditatea electrozilor din spate presați cu role afectează direct efectul de procesare al procesului de tăiere ulterioară, iar uniformitatea materialului activ al electrozilor afectează indirect performanța celulei.

Tăiere (echipament utilizat: mașină de tăiat)Este de a tăia continuu bobina mai largă a polului în mai multe bucăți înguste de lățimea necesară. În procesul de tăiere, felia de pol întâlnește o eșec de fractură prin tăiere, iar nivelul marginii după tăiere (fără bavuri, fără îndoiri) este cheia pentru a evalua performanța mașinii de tăiere.

Realizarea filmelor (echipament: mașină de realizat filme) include sudarea urechilor de pol după tăiere, lipirea benzii de protecție, înfășurarea urechilor de pol sau utilizarea tăierii cu laser pentru a modela urechile de pol etc., pentru procesul de înfășurare ulterioară. Tăierea prin matriță (echipament utilizat: mașină de tăiere prin matriță) este acoperirea după formarea prin perforare a piesei de pol, pentru procesul ulterior.

Obiectivul de producție al procesului de mijloc este de a finaliza fabricarea celulei. Există diferențe în ruta tehnică și echipamentul liniei de producție a procesului de mijloc pentru diferite tipuri de baterii litiu.  

Esenta procesului de mijloc este procesul de asamblare. În mod specific, este asamblarea ordonată a pieselor de pol (pozitive și negative) realizate din procesul anterior cu diafragma și electrolitul. Datorită diferitelor structuri de stocare a energiei ale bateriilor pătrate (rulou), cilindrice (rulou) și pachete moi (strat), există diferențe evidente în ruta tehnică și echipamentul liniei de producție a diferitelor tipuri de baterii litiu în procesul de mijloc. În mod specific, procesul de mijloc al bateriei pătrate și cilindrice include în principal înfășurarea, injecția de lichid și ambalarea. Echipamentul implicat include în principal: mașina de înfășurat, mașina de injecție a lichidului, echipamentul de ambalare (mașina de alimentare cu carcasă, mașina de rulare a canelurilor, mașina de etanșare, mașina de sudură) etc. Procesul principal al procesului de mijloc al bateriei cu pachet moale este laminarea, injecția de lichid și ambalarea. Echipamentul implicat include în principal mașina de laminat, mașina de injecție a lichidului și echipamentul de ambalare.

Înfășurarea (echipament utilizat: mașină de înfășurat) este utilizată pentru a înfășura foaia de pol realizată prin procesul de realizare sau mecanismul de tăiere prin înfășurare în celula bateriei de litiu-ion, utilizată în principal în producția de baterii litiu pătrate și rotunde. Mașina de înfășurat poate fi subdivizată în două categorii: mașina de înfășurat pătrată și mașina de înfășurat cilindrică, respectiv pentru producția de baterii litiu pătrate și cilindrice. Comparativ cu înfășurarea cilindrică, procesul de înfășurare pătrată necesită un control al tensiunii mai ridicat, astfel că mașina de înfășurat pătrată este mai dificil de utilizat.

Laminarea (echipament utilizat: laminator) este laminarea pieselor de pol individuale realizate în procesul de tăiere prin matriță în celulele bateriilor litiu-ion, utilizată în principal în producția de baterii flexibile. Comparativ cu celulele pătrate și cilindrice, celulele cu înveliș moale au avantaje evidente în densitatea energetică, siguranță și performanța de descărcare. Cu toate acestea, atunci când laminatorul finalizează o sarcină de stivuire unică, implică coordonarea mai multor subprocese și mecanisme complexe, astfel că trebuie să facă față controlului dinamic complex pentru a îmbunătăți eficiența stivuire. Viteza mașinii de înfășurat este direct legată de eficiența înfășurării, iar metoda de îmbunătățire a eficienței este relativ simplă. În prezent, eficiența de producție și randamentul celulelor laminate nu sunt la fel de bune ca cele ale celulelor înfășurate.

Mașină de injecție lichidă (echipament folosit: mașină de injecție lichidă)inserarea cantitativă a electrolitului de baterie în celulă.

Ambalarea de bază (echipamente utilizate: mașină de carcasă, mașină de rulare a canelurilor, mașină de etanșare, mașină de sudură) este de a introduce miezul de bobinare în carcasă.

Obiectivul de producție al acestui proces este de a finaliza formarea și encapsularea.

 Prin procesul intermediar, structura funcțională a celulei de baterie litiu a fost formată, semnificația acestui proces este de a o activa, prin detectare, sortare, asamblare, utilizarea siguranței, performanța stabilă a produselor de baterie litiu. Procesul principal al ultimei părți a procesului include: formare, separare a volumului, detectare, sortare etc. Echipamentele implicate includ în principal: mașină de încărcare și descărcare, echipamente de detectare etc.

Formare (echipamente utilizate: mașină de încărcare-descărcare) este de a activa celula prin prima încărcare, în timpul căreia se generează un film de pasivare eficient (film SEI) pe suprafața electrozilor negativi pentru a realiza „inițializarea” bateriei litiu.

Divizarea capacității (echipamente utilizate: mașină de încărcare și descărcare) , adică „capacitate de analiză”, este de a încărca și descărca celula conform standardului de proiectare, pentru a măsura capacitatea electrică a celulei. Încărcarea și descărcarea celulei prin procesul de formare, capacitiv, astfel încât mașina de încărcare și descărcare este cea mai utilizată după echipamentele de bază. Unitatea minimă de lucru a mașinii de încărcare-descărcare este „canal”. O „unitate” (BOX) este compusă dintr-un număr de „canale”, iar un număr de „unități” sunt combinate pentru a forma o mașină de încărcare-descărcare.

Testare (echipamente utilizate: echipamente de testare) ar trebui să fie efectuată înainte și după încărcare, descărcare și staționare; Sortarea este de a clasifica și selecta bateriile după formare și separare a volumului conform unor standarde anumite în funcție de rezultatele testelor. Semnificația procesului de detectare și sortare nu este doar de a elimina produsele necalificate, deoarece în aplicația practică a bateriei cu ioni de litiu, celula este adesea combinată în paralel și în serie, astfel încât selecția celulei cu performanțe similare este favorabilă performanței generale a bateriei pentru a atinge optimul.