Lityum batarya Üretim Süreci

2025-03-26

Lityum iyon batarya, pozitif elektrot, negatif elektrot, diyafram, elektrolit, akış toplayıcı ve bağlayıcı, iletken madde gibi bileşenleri içeren karmaşık bir sistemdir. İlgili reaksiyonlar, pozitif elektrot ve negatif elektrotun elektrokimyasal reaksiyonunu, lityum iyon iletimi, elektron iletimi ve ısı difüzyonunu içerir. Lityum bataryanın üretim süreci uzundur ve 50'den fazla süreci kapsamaktadır.

Lityum pili, formuna göre silindirik pil, kare pil ve yumuşak paketli pil olarak üçe ayrılabilir ve üretim sürecinde bazı farklılıklar vardır, ancak genel olarak lityum üretim süreci ilk adım (elektrot üretimi), orta adım (pil sentezi) ve son adım (şekillendirme ve paketleme) olarak üçe ayrılabilir. Lityum iyon pilinin güvenlik performansı çok yüksek olduğu için, pil üretim sürecinde lityum pili ekipmanlarının doğruluk, stabilite ve otomasyon seviyesi açısından yüksek standartlara sahip olması gerekmektedir.

Lityum elektrik ekipmanları, anodik ve katodik malzemeler, diyafram malzemeleri, elektrolit ve diğer hammaddelerin düzenli bir süreçle işlenmesiyle üretilen ekipmanlardır. Lityum elektrik ekipmanları, lityum pilin performansı ve maliyeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve bu, belirleyicilerden biridir. Farklı teknolojik süreçlere göre, lityum elektrik ekipmanları ön kısım ekipmanları, orta kısım ekipmanları ve arka kısım ekipmanları olarak üçe ayrılabilir. Lityum üretim hattında, ön kısım, orta kısım ve arka kısım ekipmanlarının değeri yaklaşık olarak 4:3:3 oranında yer almaktadır.

İlk adımın üretim hedefi (pozitif ve negatif) kutupların plakasının üretimini tamamlamaktır. 

Ön süreçteki ana işlem ise şunlardır: karıştırma, kaplama, silindir baskı, kesme, üretim, kalıp kesme; bu süreçte yer alan ekipmanlar genellikle karıştırıcı, kaplama makinesi, silindir pres, dilimleme makinesi, üretim makinesi, kalıp kesme makinesi vb. gibi cihazlardır.

Kaba karıştırma (kullanılan ekipman: vakum karıştırıcı) pozitif ve negatif katı pil malzemelerini eşit olarak karıştırmak ve ardından çözücü ekleyerek sürüklenebilir hale getirmek için yapılan işlemdir. Kaba karıştırma, önceki sürecin başlangıcıdır ve sonraki kaplama, silindirik ve diğer işlemler için bir temel oluşturur.

 Kaplama (ekipman: kaplama makinesi) sürüklenen karışımın metal folyo üzerine düzgün bir şekilde kaplanarak kurutulup pozitif ve negatif parçalar haline getirilmesi işlemidir. Ön sürecin çekirdek kısmı olarak, kaplama işleminin uygulama kalitesi, bitmiş pilin tutarlılığı, güvenliği ve yaşam döngüsü üzerinde derin bir etkiye sahiptir; bu nedenle kaplama makinesi önceki sürecin en değerli ekipmanıdır.

 Silindir baskı (kullanılan ekipman: silindir pres) kaplanmış elektrot levhasını daha fazla sıkıştırarak pilin enerji yoğunluğunu artırmak için yapılan işlemdir. Silindirin – preslenmiş arka elektrotunun düzgünlüğü, sonrasındaki kesme işleminde işleme etkisini doğrudan etkiler ve elektrotun aktif malzemesinin homojenliği, hücrenin performansını dolaylı olarak etkiler.

Kesme (kullanılan ekipman: kesme makinesi) daha geniş kutup bobinini bir dizi dar parça haline sürekli kesme işlemidir. Kesim sırasında, kutup dilimi kesme çatlaması ile karşılaşır ve kesim sonrası kenar düzeyi (kabarma yok, burkulma yok) kesme makinesinin performansını değerlendirmek için anahtardır.

Film üretimi (ekipman: film yapım makinesi) kesim sonrası kutup lugs'un kaynaklanması, koruyucu bantların yapıştırılması, kutup lugs'un sarılması veya lazer kesim kullanarak şekillendirilmesi vb. işlemler için gereklidir ve sonraki sarım süreci için gereklidir. Kalıp kesme (kullanılan ekipman: kalıp kesme makinesi) kutup parçasının kaplanmasından sonra delme şekillendirmesidir ve sonraki işlem için gereklidir.

Orta aşama sürecinin üretim hedefi hücrenin imalatını tamamlamaktır. Farklı lityum pil türleri için orta aşama sürecinin teknik rotası ve üretim hattı ekipmanları arasında farklılıklar bulunmaktadır. 

Orta süreçlerin özü montaj sürecidir. Özellikle, bu, önceki süreçten elde edilen (pozitif ve negatif) kutup parçalarının diyafram ve elektrolit ile düzenli bir şekilde montajıdır. Kare (sarmal), silindirik (sarmal) ve yumuşak paket (katman) pillerin farklı enerji depolama yapılarına sahip olması nedeniyle, orta süreçteki farklı lityum pili türlerinin teknik rotası ve üretim hattı ekipmanında belirgin farklılıklar bulunmaktadır. Özellikle, kare ve silindirik pillere ait orta süreç esasen sarmalama, sıvı enjekte etme ve paketleme işlemlerini içerir. İlgili ekipmanlar arasında sarmalama makinesi, sıvı enjekte etme makinesi, paketleme ekipmanları (gövde besleme makinesi, oluk yuvarlama makinesi, mühürleme makinesi, kaynak makinesi) vb. bulunmaktadır. Yumuşak paket pilin orta sürecinin ana süreçleri ise laminasyon, sıvı enjekte etme ve paketlemedir. İlgili ekipmanlar arasında laminasyon makinesi, sıvı enjekte etme makinesi ve paketleme ekipmanları yer almaktadır.

Sarmak (kullanılan ekipman: sargı makinesi) lityum iyon bataryanın hücresine, üretim süreci veya sargı kalıplama mekanizması ile yapılan kutup levhasını sarmak için kullanılır; esasen kare ve silindirik lityum bataryanın üretiminde kullanılmaktadır. Sargı makineleri, kare sargı makinesi ve silindirik sargı makinesi olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir ve sırasıyla kare ve silindirik lityum bataryaların üretimi için kullanılır. Silindirik sarmaya kıyasla, kare sargı işlemi daha yüksek gerginlik kontrolü gerektirir, bu nedenle kare sargı makinesi daha zordur.

Laminasyon (kullanılan ekipman: laminatör) tekil kutup parçalarının kalıplama sürecinde lityum iyon batarya hücrelerine laminasyonudur; esasen esnek batarya üretiminde kullanılmaktadır. Kare ve silindirik hücrelere kıyasla, yumuşak kaplamalı hücreler enerji yoğunluğu, güvenlik ve deşarj performansı açısından belirgin avantajlara sahiptir. Ancak, laminatör tekil bir yığma görevini tamamladığında, birden fazla alt sürecin ve karmaşık mekanizmaların koordinasyonunu gerektirir; bu nedenle yığma verimliliğini artırmak için karmaşık dinamik kontrol ile başa çıkması gerekir. Sargı makinesinin hızı, sargı verimliliği ile doğrudan ilişkilidir ve verimlilik artırma yöntemi oldukça basittir. Şu anda, lamineli hücrenin üretim verimliliği ve verimi, sarılı hücrelerin gerisindedir.

Sıvı enjeksiyon makinesi (kullanılan ekipman: sıvı enjeksiyon makinesi) batarya elektrolitinin hücreye kantitatif enjekte edilmesidir.

Çekirdek ambalajlama (kullanılan ekipman: kabuk makinesi, oluk yuvarlama makinesi, mühürleme makinesi, kaynak makinesi) sargılı çekirdeği çekirdek kabuğuna koymaktır.

Son işlemin üretim hedefi, oluşumu ve kapsüllemeyi tamamlamaktır.

 Orta süreçte, lityum batarya hücresinin fonksiyonel yapısı oluşmuştur; son sürecin önemi, onu aktive etmek, tespit, ayırma, montaj yoluyla güvenliğini, lityum batarya ürünlerinin kararlı performansını kullanmaktır. Sürecin son bölümünün ana süreci şunları içerir: oluşum, hacim ayrımı, tespit, ayırma vb. İlgili ekipmanlar esas olarak: şarj ve deşarj makinesi, tespit ekipmanları vb.

Oluşum (kullanılan ekipman: şarj-deşarj makinesi) hücreyi ilk şarj ile aktive etmektir; bu süreçte negatif elektrot yüzeyinde etkili bir pasivasyon filmi (SEI filmi) oluşarak lityum bataryanın “başlatılmasını” sağlar.

Kapazite bölümü (kullanılan ekipman: şarj ve deşarj makinesi), yani “analiz kapasitesi”, hücreyi tasarım standardına göre şarj ve deşarj etmek, hücrenin elektrik kapasitesini ölçmek için yapılır. Hücrenin şarj ve deşarjı oluşum, kapasitif süreç yolu ile gerçekleştiği için şarj ve deşarj makinesi, çekirdek ekipmanından sonra en sık kullanılan ekipmandır. Şarj-deşarj makinesinin en küçük çalışma birimi “kanaldır”. Bir “birim” (KUTU), bir dizi “kanal”dan oluşur ve bir dizi “birim” bir araya getirilerek bir şarj-deşarj makinesi oluşturur.

Test (kullanılan ekipman: test ekipmanı)şarj etme, deşarj etme ve bekleme işlemlerinden önce ve sonra gerçekleştirilmelidir; Sınıflandırma, test sonuçlarına göre belirli standartlara göre bataryaların formasyon ve hacim ayırımı sonrasında sınıflandırılmasını ve seçilmesini içerir. Tespit ve sıralama sürecinin önemi sadece niteliksiz ürünleri ortadan kaldırmakla kalmaz, çünkü lityum iyon bataryanın pratik uygulamasında hücreler genellikle paralel ve seri olarak bir araya gelir, dolayısıyla benzer performansa sahip hücrelerin seçilmesi, bataryanın genel performansını optimize etmeye yardımcı olur.