Quy trình sản xuất pin Lithium

2025-03-26

Pin lithium ion là một hệ thống phức tạp, bao gồm cực dương, cực âm, màng ngăn, điện phân, bộ thu chất lỏng và chất kết dính, tác nhân dẫn điện, v.v. Các phản ứng liên quan bao gồm phản ứng điện hóa của cực dương và cực âm, dẫn điện ion lithium, dẫn điện electron và khuếch tán nhiệt, v.v. Quy trình sản xuất pin lithium kéo dài, liên quan đến hơn 50 quy trình.

Pin lithium có thể được chia thành pin hình trụ, pin hình vuông và pin đóng gói mềm theo hình thức, và quy trình sản xuất của nó có một số điểm khác biệt, nhưng tổng thể, quy trình sản xuất lithium có thể được chia thành bước đầu tiên (sản xuất cực), bước giữa (tổng hợp tế bào), bước cuối cùng (hình thành và đóng gói). Bởi vì hiệu suất an toàn của pin lithium ion rất cao, độ chính xác, độ ổn định và mức độ tự động hóa của thiết bị pin được yêu cầu rất cao trong quá trình sản xuất pin.

Thiết bị điện lithium là các vật liệu cực dương và cực âm, vật liệu màng ngăn, điện phân và các nguyên liệu thô khác thông qua quy trình có trật tự, thiết bị quy trình sản xuất, thiết bị điện lithium có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và chi phí của pin lithium, là một trong những yếu tố quyết định. Theo các quy trình công nghệ khác nhau, thiết bị điện lithium có thể được chia thành thiết bị phần trước, thiết bị phần giữa và thiết bị phần sau. Trong dây chuyền sản xuất lithium, giá trị của thiết bị phần trước, phần giữa và phần sau chiếm khoảng 4:3:3.

Mục tiêu sản xuất của bước đầu tiên là hoàn thành việc chế tạo các tấm cực (dương và âm). 

Quy trình chính của quy trình trước là: trộn, phủ, ép cuộn, cắt, sản xuất, cắt khuôn, thiết bị liên quan chủ yếu bao gồm: máy trộn, máy phủ, máy ép cuộn, máy cắt, máy sản xuất, máy cắt khuôn và các thiết bị khác.

Trộn bột nhão (thiết bị sử dụng: máy trộn chân không)là để trộn đều các vật liệu pin rắn dương và âm và sau đó thêm dung môi để khuấy thành bột nhão. Trộn bột nhão là bước khởi đầu của quy trình trước, là cơ sở để hoàn thành các quy trình tiếp theo như phủ, ép cuộn và các quy trình khác.

 Quá trình phủ (thiết bị: máy phủ) là để khuấy đều bột nhão phủ lên màng kim loại và làm khô thành các mảnh dương và âm. Là phần cốt lõi của quá trình trước đó, chất lượng thực hiện của quá trình phủ ảnh hưởng sâu sắc đến tính đồng nhất, độ an toàn và vòng đời của pin thành phẩm, vì vậy máy phủ là thiết bị có giá trị cao nhất trong quá trình trước đó.

 Ép con lăn (sử dụng thiết bị: máy ép con lăn) là để nén thêm tấm điện cực đã được phủ nhằm cải thiện mật độ năng lượng của pin. Bề mặt của điện cực sau ép con lăn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng gia công của quá trình cắt tiếp theo, và sự đồng nhất của vật liệu hoạt động của điện cực ảnh hưởng gián tiếp đến hiệu suất của tế bào.

Cắt rãnh (thiết bị sử dụng: máy cắt rãnh) là để liên tục cắt cuộn cực rộng thành một số miếng hẹp có độ rộng yêu cầu. Trong quá trình cắt, miếng cực gặp phải sự cố gãy do cắt, và mức độ bề mặt sau khi cắt (không có cạnh sắc, không bị vênh) là yếu tố then chốt để đánh giá hiệu suất của máy cắt.

Chế tạo phim (thiết bị: máy chế tạo phim) bao gồm hàn các chân cực sau khi cắt, dán băng bảo vệ, quấn các chân cực hoặc sử dụng cắt laser để định hình các chân cực, v.v., cho quy trình quấn tiếp theo. Cắt khuôn (thiết bị sử dụng: máy cắt khuôn) là quá trình phủ sau khi đấm khuôn miếng cực, dành cho quy trình tiếp theo.

Mục tiêu sản xuất của quá trình giữa là hoàn thành việc sản xuất tế bào. Có sự khác biệt trong lộ trình kỹ thuật và thiết bị dây chuyền sản xuất của quá trình giữa cho các loại pin lithium khác nhau. 

Bản chất của quá trình giữa là quá trình lắp ráp. Cụ thể, đó là việc lắp ráp có trật tự các miếng cực (dương và âm) được tạo ra từ quá trình trước đó với màng ngăn và điện phân. Do cấu trúc lưu trữ năng lượng khác nhau của các loại pin hình vuông (cuộn), hình trụ (cuộn) và gói mềm (tầng), có sự khác biệt rõ rệt trong lộ trình kỹ thuật và thiết bị dây chuyền sản xuất của các loại pin lithium khác nhau trong quá trình giữa. Cụ thể, quá trình giữa của pin hình vuông và hình trụ chủ yếu bao gồm quấn, tiêm chất lỏng và đóng gói. Thiết bị liên quan chủ yếu bao gồm: máy quấn, máy tiêm chất lỏng, thiết bị đóng gói (máy tiếp liệu vỏ, máy cuộn rãnh, máy niêm phong, máy hàn), v.v. Quá trình chính trong quá trình giữa của pin gói mềm là dán lớp, tiêm chất lỏng và đóng gói. Thiết bị liên quan chủ yếu bao gồm máy dán lớp, máy tiêm chất lỏng và thiết bị đóng gói.

Quấn (thiết bị sử dụng: máy quấn) được sử dụng để quấn tấm cực được tạo ra bởi quá trình chế tạo hoặc cơ chế cắt khuôn vào tế bào pin lithium ion, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất pin lithium dạng vuông và tròn. Máy quấn có thể được chia thành hai loại: máy quấn hình vuông và máy quấn hình trụ, tương ứng cho sản xuất pin lithium hình vuông và hình trụ. So với quá trình quấn hình trụ, quá trình quấn hình vuông đòi hỏi kiểm soát căng thẳng cao hơn, vì vậy máy quấn hình vuông khó hơn.

Laminating (thiết bị sử dụng: máy cán màng)là việc chế tạo các mảnh cực đơn được ép laminate trong quá trình cắt khuôn thành các tế bào pin lithium-ion, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất pin linh hoạt. So với các tế bào hình vuông và hình trụ, các tế bào được bọc mềm có những ưu điểm rõ rệt về mật độ năng lượng, an toàn và hiệu suất xả. Tuy nhiên, khi máy ép laminate hoàn thành một nhiệm vụ xếp chồng duy nhất, nó liên quan đến sự phối hợp của nhiều tiểu quy trình và cơ chế phức tạp, vì vậy cần phải xử lý việc kiểm soát động lực học phức tạp để cải thiện hiệu quả xếp chồng. Tốc độ máy cuộn có liên quan trực tiếp đến hiệu quả cuộn, và phương pháp nâng cao hiệu quả tương đối đơn giản. Hiện tại, hiệu quả sản xuất và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu của tế bào laminate không tốt bằng tế bào cuộn.

Máy tiêm chất lỏng (thiết bị đã qua sử dụng: máy tiêm chất lỏng)là sự tiêm điện hóa lượng lớn điện phân pin vào tế bào.

Đóng gói lõi (thiết bị sử dụng: máy vỏ, máy lăn rãnh, máy hàn, máy hàn) là đưa lõi cuộn vào vỏ của lõi.

Mục tiêu sản xuất của quy trình sau là hoàn thành quá trình hình thành và bao bọc.

 Với quy trình giữa, cấu trúc chức năng của tế bào pin lithium đã được hình thành, ý nghĩa của quy trình sau là kích hoạt nó, thông qua kiểm tra, phân loại, lắp ráp, sử dụng an toàn, hiệu suất ổn định của các sản phẩm pin lithium. Các quy trình chính của phần phía sau bao gồm: hình thành, phân tách khối lượng, kiểm tra, phân loại, v.v. Thiết bị liên quan chủ yếu bao gồm: máy sạc và xả, thiết bị kiểm tra, v.v.

Hình thành (thiết bị sử dụng: máy sạc-xả) là kích hoạt tế bào thông qua sạc đầu tiên, trong đó màng passivation hiệu quả (màng SEI) được tạo ra trên bề mặt điện cực âm để đạt được "khởi tạo" của pin lithium.

Phân chia dung lượng (thiết bị sử dụng: máy sạc-xả), tức là “phân tích dung lượng”, là sạc và xả tế bào theo tiêu chuẩn thiết kế, nhằm đo dung lượng điện của tế bào. Sạc và xả của tế bào thông qua quá trình hình thành, quá trình điện dung, vì vậy máy sạc-xả là thiết bị thường được sử dụng nhất sau thiết bị lõi. Đơn vị làm việc tối thiểu của máy sạc-xả là “kênh”. Một “đơn vị” (HỘP) được cấu thành từ một số “kênh”, và một số “đơn vị” được kết hợp lại với nhau để tạo thành một máy sạc-xả.

Kiểm tra (thiết bị sử dụng: thiết bị kiểm tra) nên được thực hiện trước và sau khi sạc, xả và để yên; Phân loại là để phân loại và chọn các pin sau khi hình thành và phân tách khối lượng theo các tiêu chuẩn nhất định dựa trên kết quả kiểm tra. Ý nghĩa của quy trình kiểm tra và phân loại không chỉ là để loại bỏ các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn, vì trong ứng dụng thực tế của pin lithium ion, tế bào thường được kết hợp song song và nối tiếp, vì vậy việc chọn tế bào có hiệu suất tương tự là có lợi cho hiệu suất tổng thể của pin đạt được tối ưu.