Повний посібник для процесу виробництва літієвих батарей

Повний посібник для процесу виробництва літієвих батарей

Іонні батареї являють собою складну систему, яка включає позитивний електрод, негативний електрод, сепаратор, електроліт, струмоприймач і сполучну речовину, провідний агент тощо. Задіяні реакції включають електрохімічні реакції позитивного та негативного електродів, провідність іонів літію та електронів, а також дифузію тепла. Процес виробництва літієвих батарей відносно тривалий і включає понад 50 процесів.

Літієві батареї можна розділити на циліндричні батареї, квадратні батареї та батареї з м’яким пакетом відповідно до їх форми, з певними відмінностями у виробничих процесах. Однак загалом процес виробництва літієвої батареї можна розділити на передній процес (виробництво електродів), середній процес (синтез елементів) і задній процес (формування та упаковка). Через високі вимоги безпеки до літій-іонних акумуляторів існують надзвичайно високі вимоги до точності, стабільності та рівня автоматизації літій-іонного обладнання в процесі виробництва акумуляторів.

Обладнання для літієвих батарей – це технологічне обладнання, яке використовує впорядковані процеси для виробництва сировини, як-от матеріали позитивних і негативних електродів, матеріали сепараторів і електроліт. Обладнання для літієвих батарей має значний вплив на продуктивність і вартість літієвих батарей і є одним із визначальних факторів. Відповідно до різних процесів обладнання літієвої батареї можна розділити на переднє обладнання, обладнання середньої стадії та резервне обладнання. У лінії виробництва літієвих акумуляторів вартість переднього, середнього та внутрішнього обладнання становить приблизно 4:3:3.

Виробничою метою попереднього процесу є завершення виготовлення (позитивних і негативних) електродних пластин. Основний процес попередньої стадії включає змішування, покриття, прокатку, різання, нарізання та висікання. Залучене обладнання в основному включає: змішувач, машину для нанесення покриттів, вальцьовий прес, машину для різання, машину для нарізки, машину для висікання тощо.

Змішування суспензії (використовуване обладнання: вакуумний змішувач) полягає в рівномірному змішуванні позитивних і негативних матеріалів твердотільного акумулятора, а потім додавання розчинника, щоб перемішати їх у суспензію. Змішування суспензії є початковою точкою попереднього процесу та основою для завершення наступних процесів покриття, прокатки та інших процесів.

Покриття (використане обладнання: машина для нанесення покриття) полягає в рівномірному нанесенні перемішаної суспензії на металеву фольгу та її висушуванні для виготовлення позитивних і негативних пластин. Будучи основною ланкою попереднього процесу, якість виконання процесу нанесення покриття глибоко впливає на консистенцію, безпеку та термін служби готової батареї. Тому машина для нанесення покриття є найціннішим обладнанням у попередньому процесі.

Роликове пресування (використовуване обладнання: роликовий прес) призначене для подальшого ущільнення покритого електрода, тим самим збільшуючи щільність енергії батареї. Площиність згорнутого електрода безпосередньо впливає на ефект обробки подальшого процесу різання, а однорідність активних речовин в електроді також опосередковано впливає на продуктивність елемента батареї.

Розколювання (використовуване обладнання: різальна машина) — це процес безперервного розрізання широкої котушки полюсних наконечників на кілька вузьких частин необхідної ширини. Розрив електродної пластини під час різання спричинений дією зсуву, а гладкість кромки після різання (без задирок або вигинів) є ключем до оцінки продуктивності машини для різання.

Виробництво (використане обладнання: виробнича машина) включає зварювання вушок електрода з розрізаних частин електрода, нанесення захисної стрічки, обгортання вушок електрода клеєм або використання лазерного різання для формування вушок електрода, які можна використовувати для подальших процесів намотування. Висікання (використовуване обладнання: висікальна машина) — це процес штампування та формування покритих полярних пластин для наступних процесів.

Виробничою метою середнього процесу є завершення виробництва батарейних елементів. Існують відмінності в дорожній карті технології та обладнанні виробничої лінії середнього процесу різних типів літієвих батарей. Суть проміжного процесу полягає в процесі складання, зокрема в упорядкованому монтажі (позитивних і негативних) електродних пластин, виготовлених у попередньому процесі, з діафрагмою та електролітом. Через різні структури накопичення енергії квадратних (рулонних), циліндричних (рулонних) і гнучких (шарових) батарей існують очевидні відмінності в технологічному плані та обладнанні виробничої лінії для різних типів літієвих батарей у середньому процесі. Зокрема, основні процеси середньої стадії квадратних і циліндричних батарей включають намотування, впорскування рідини та пакування. Залучене обладнання в основному включає: намотувальну машину, машину для впорскування рідини, пакувальне обладнання (машина для вставлення оболонки, машина для прокатки канавок, машина для запечатування, зварювальний апарат) тощо; Основний процес середньої стадії батареї м’якої упаковки включає ламінування, ін’єкцію рідини та пакування, а задіяне обладнання в основному включає машину для ламінування, машину для ін’єкцій рідини, пакувальне обладнання тощо.

Намотування (використовуване обладнання: намотувальна машина) — це процес намотування електродних пластин, вироблених у процесі виробництва або різальної машини для намотування, на елементи літій-іонних акумуляторів, які в основному використовуються для виробництва квадратних і круглих літій-іонних акумуляторів. Намотувальну машину можна розділити на дві категорії: квадратну намотувальну машину та циліндричну намотувальну машину, які відповідно використовуються для виробництва квадратних і циліндричних літієвих батарей. Порівняно з циліндричним намотуванням, процес квадратного намотування має вищі вимоги до контролю натягу, тому технічна складність машини квадратного намотування є більшою.

Ламінування (використовуване обладнання: машина для ламінування) — це процес укладання окремих електродних пластин, виготовлених під час процесу висікання, у елементи літій-іонної батареї, які в основному використовуються для виробництва батарей з м’яким пакетом. Порівняно з квадратними та циліндричними осередками, осередки з м’якою упаковкою мають значні переваги щодо щільності енергії, безпеки та продуктивності розряду. Однак виконання одного завдання укладання за допомогою ламінуючої машини передбачає паралельну роботу кількох підпроцесів і комплексну взаємодію механізмів, а підвищення ефективності укладання вимагає вирішення складних проблем динамічного керування; Швидкість машини для намотування безпосередньо залежить від ефективності намотування, а засоби підвищення ефективності відносно прості. В даний час існує розрив в ефективності виробництва і виході між ламінованими клітинами і рановими клітинами.

Машина для впорскування рідини (використане обладнання: машина для впорскування рідини) використовується для кількісного впорскування електроліту батареї в елемент.

Упаковка комірок (з використанням такого обладнання, як машина для вставки оболонки, машина для прокатки канавок, машина для запечатування, зварювальний апарат) передбачає розміщення сердечника котушки в оболонці комірки.

Виробнича мета останнього етапу процесу полягає в завершенні перетворення в упаковку. Починаючи з середнього етапу, функціональна структура елемента літієвої батареї була сформована, і значення останнього етапу полягає в тому, щоб активувати його, пройти тестування, сортування та складання, щоб створити безпечний і стабільний продукт літієвої батареї. Основні процеси пізнішої стадії процесу включають: формування, розділення, випробування, сортування тощо. Залучене обладнання в основному включає: двигуни зарядки та розрядки, випробувальне обладнання тощо.

Формування (з використанням двигуна заряджання та розряджання) — це процес активації елемента батареї під час першого заряду, під час якого на поверхні негативного електрода створюється ефективна пасивуюча плівка (плівка SEI) для досягнення «ініціалізації» літієвої батареї. Роздільна ємність (використовуване обладнання: двигун заряджання та розряджання), також відома як «ємність аналізу», відноситься до процесу заряджання та розряджання перетвореного елемента батареї відповідно до стандартів конструкції для вимірювання ємності елемента батареї. Процес заряджання та розряджання елемента батареї проходить через процес формування та розділення ємності, тому двигун заряджання та розряджання є найбільш часто використовуваним обладнанням заднього ядра. Мінімальною робочою одиницею двигуна зарядки і розрядки є «канал». «Блок» (BOX) складається з кількох «каналів», а кілька «блоків» об’єднані, щоб утворити зарядний і розрядний двигун.

Тестування (обладнання, що використовується: випробувальне обладнання) необхідно проводити до та після заряджання, розряджання та відпочинку; Сортування стосується класифікації та відбору батарей, які були сформовані та розділені відповідно до певних стандартів на основі результатів виявлення. Значення процесу виявлення та сортування полягає не лише в тому, щоб усунути некваліфіковані продукти, але й тому, що в практичних застосуваннях літій-іонних батарей елементи часто поєднуються паралельно або послідовно. Таким чином, вибір елементів із однаковою продуктивністю може допомогти досягти оптимальної загальної продуктивності батареї.

Виробництво літієвих батарей не можна відокремити від обладнання для виробництва літієвих батарей. На додаток до матеріалів, які використовуються в самій батареї, виробничий процес і виробниче обладнання є важливими факторами, які визначають продуктивність батареї. У перші дні китайське літієве акумуляторне обладнання в основному покладалося на імпорт. Після кількох років швидкого розвитку китайські компанії з виробництва обладнання для літієвих батарей поступово перевершили японські та корейські компанії з точки зору технологій, ефективності, стабільності та інших аспектів і мають переваги в економічній ефективності, післяпродажному обслуговуванні та інших аспектах. В даний час сформовано кластер вітчизняних підприємств з виробництва обладнання для літієвих батарей, який став візитною карткою високоякісного обладнання Китаю, яке виходить на міжнародний ринок. Завдяки вертикальному альянсу та експансії за кордоном лідерів літієвих батарей обладнання для літієвих батарей виграло від розширення нижньої частини виробництва та відкрило новий період можливостей швидкого зростання.