Manuale completo per il processo di produzione delle batterie al litio

Manuale completo per il processo di produzione delle batterie al litio

Le batterie agli ioni sono un sistema complesso che comprende elettrodo positivo, elettrodo negativo, separatore, elettrolita, collettore e legante di corrente, agente conduttivo, ecc. Le reazioni coinvolte includono reazioni elettrochimiche di elettrodi positivi e negativi, conduzione di ioni di litio ed elettroni e diffusione del calore. Il processo di produzione delle batterie al litio è relativamente lungo e prevede più di 50 processi.

Le batterie al litio possono essere suddivise in batterie cilindriche, batterie quadrate e batterie soft pack a seconda della loro forma, con alcune differenze nei processi di produzione. Tuttavia, nel complesso, il processo di produzione delle batterie al litio può essere suddiviso in processo anteriore (produzione di elettrodi), processo intermedio (sintesi delle cellule) e processo posteriore (formazione e confezionamento). A causa degli elevati requisiti prestazionali di sicurezza delle batterie agli ioni di litio, esistono requisiti estremamente elevati per la precisione, la stabilità e il livello di automazione delle apparecchiature agli ioni di litio nel processo di produzione delle batterie.

L'apparecchiatura per batterie al litio è un'apparecchiatura di processo che utilizza processi ordinati per produrre materie prime come materiali per elettrodi positivi e negativi, materiali separatori ed elettroliti. Le apparecchiature con batterie al litio hanno un impatto significativo sulle prestazioni e sui costi delle batterie al litio e sono uno dei fattori determinanti. In base ai diversi flussi di processo, le apparecchiature con batterie al litio possono essere suddivise in apparecchiature front-end, apparecchiature intermedie e apparecchiature back-end. Nella linea di produzione delle batterie al litio, il valore delle apparecchiature front-end, mid-stage e back-end rappresenta circa 4:3:3.

L'obiettivo produttivo del processo precedente è completare la produzione delle piastre degli elettrodi (positivi e negativi). Il processo principale della fase precedente comprende la miscelazione, il rivestimento, la laminazione, il taglio, l'affettatura e la fustellatura. L'attrezzatura coinvolta comprende principalmente: miscelatore, macchina di rivestimento, pressa a rulli, macchina da taglio, affettatrice, fustellatrice, ecc.

La miscelazione dell'impasto liquido (attrezzatura utilizzata: miscelatore sottovuoto) consiste nel mescolare uniformemente i materiali positivi e negativi della batteria a stato solido e quindi aggiungere solvente per mescolarli nell'impasto liquido. La miscelazione dell'impasto liquido è il punto di partenza del processo precedente e la base per il completamento dei successivi processi di rivestimento, laminazione e altri processi.

Il rivestimento (attrezzatura utilizzata: macchina di rivestimento) consiste nel rivestire uniformemente l'impasto liquido agitato sul foglio di metallo e asciugarlo per realizzare lastre positive e negative. Essendo il collegamento principale del processo precedente, la qualità di esecuzione del processo di rivestimento influisce profondamente sulla consistenza, sulla sicurezza e sulla durata della batteria finita. Pertanto, la macchina di rivestimento è l'attrezzatura più preziosa nel processo precedente.

La pressatura a rullo (attrezzatura utilizzata: pressa a rullo) serve a compattare ulteriormente l'elettrodo rivestito, aumentando così la densità energetica della batteria. La planarità dell'elettrodo arrotolato influisce direttamente sull'effetto di lavorazione del successivo processo di taglio e anche l'uniformità dei principi attivi nell'elettrodo influisce indirettamente sulle prestazioni della cella della batteria.

La divisione (attrezzatura utilizzata: macchina da taglio) è il processo di taglio continuo di un'ampia bobina di espansioni polari in diversi pezzi stretti della larghezza richiesta. La frattura della piastra dell'elettrodo durante il taglio è causata dall'azione di taglio e la levigatezza del bordo dopo il taglio (senza bave o deformazioni) è la chiave per valutare le prestazioni della macchina da taglio.

La produzione (attrezzatura utilizzata: macchina di produzione) comprende la saldatura delle orecchie degli elettrodi dei pezzi di elettrodo tagliati, l'applicazione di nastro protettivo, l'avvolgimento delle orecchie degli elettrodi con colla o l'uso del taglio laser per formare le orecchie degli elettrodi, che possono essere utilizzate per i successivi processi di avvolgimento. La fustellatura (attrezzatura utilizzata: fustellatrice) è il processo di punzonatura e formatura di lastre polari rivestite per lavorazioni successive.

L’obiettivo di produzione del processo intermedio è completare la produzione delle celle della batteria. Esistono differenze nella tabella di marcia tecnologica e nelle apparecchiature della linea di produzione del processo intermedio di diversi tipi di batterie al litio. L'essenza del processo intermedio è il processo di assemblaggio, in particolare l'assemblaggio ordinato delle piastre degli elettrodi (positivi e negativi) realizzati dal processo precedente con il diaframma e l'elettrolita. A causa delle diverse strutture di accumulo dell’energia delle batterie quadrate (rotolo), cilindriche (rotolo) e flessibili (stratificate), ci sono evidenti differenze nella tabella di marcia tecnologica e nelle apparecchiature della linea di produzione di diversi tipi di batterie al litio nel processo intermedio. Nello specifico, i principali processi della fase intermedia delle batterie quadrate e cilindriche comprendono l'avvolgimento, l'iniezione di liquido e l'imballaggio. Le attrezzature coinvolte comprendono principalmente: avvolgitrice, macchina per iniezione di liquidi, attrezzature per l'imballaggio (macchina per l'inserimento del guscio, macchina per la laminazione di scanalature, sigillatrice, saldatrice), ecc.; Il processo principale della fase intermedia della batteria soft pack comprende la laminazione, l'iniezione di liquidi e l'imballaggio, e l'attrezzatura coinvolta comprende principalmente macchine di laminazione, macchine per iniezione di liquidi, attrezzature per l'imballaggio, ecc.

L'avvolgimento (attrezzatura utilizzata: avvolgitrice) è il processo di avvolgimento delle piastre degli elettrodi prodotte dal processo di produzione o dalla fustellatrice di avvolgimento in celle di batterie agli ioni di litio, utilizzate principalmente per la produzione di batterie agli ioni di litio quadrate e circolari. Le avvolgitrici possono essere suddivise in due categorie: avvolgitrici quadrate e avvolgitrici cilindriche, che vengono rispettivamente utilizzate per la produzione di batterie al litio quadrate e cilindriche. Rispetto all'avvolgimento cilindrico, il processo di avvolgimento quadrato presenta requisiti più elevati per il controllo della tensione, quindi la difficoltà tecnica dell'avvolgitore quadrato è maggiore.

La laminazione (attrezzatura utilizzata: macchina di laminazione) è il processo di impilamento delle singole piastre di elettrodi prodotte durante il processo di fustellatura in celle di batterie agli ioni di litio, utilizzate principalmente per la produzione di batterie soft pack. Rispetto alle celle quadrate e cilindriche, le celle soft pack presentano vantaggi significativi in ​​termini di densità energetica, sicurezza e prestazioni di scarica. Tuttavia, il completamento di una singola attività di impilamento da parte di una macchina di laminazione coinvolge più sottoprocessi in parallelo e una collaborazione con meccanismi complessi, e il miglioramento dell'efficienza di impilamento richiede la risoluzione di complessi problemi di controllo dinamico; La velocità della macchina avvolgitrice è direttamente correlata all'efficienza dell'avvolgimento e i mezzi per migliorare l'efficienza sono relativamente semplici. Attualmente esiste un divario nell’efficienza produttiva e nella resa tra le cellule laminate e le cellule ferite.

La macchina per iniezione di liquidi (attrezzatura utilizzata: macchina per iniezione di liquidi) viene utilizzata per iniettare quantitativamente l'elettrolita della batteria nella cella.

L'imballaggio della cella (utilizzando attrezzature come macchina per l'inserimento del guscio, macchina per la laminazione di scanalature, macchina per sigillare, saldatrice) comporta il posizionamento del nucleo della bobina nel guscio della cella.

L'obiettivo produttivo della fase successiva del processo è completare la trasformazione in imballaggio. A partire dalla fase intermedia, è stata formata la struttura funzionale della cella della batteria al litio e l'importanza di quest'ultima fase è quella di attivarla, sottoporla a test, smistamento e assemblaggio e formare un prodotto di batteria al litio sicuro e stabile. I principali processi della fase successiva del processo comprendono: formazione, separazione, test, smistamento, ecc. Le apparecchiature coinvolte comprendono principalmente: motori di carica e scarica, apparecchiature di prova, ecc.

La formazione (utilizzando un motore di carica e scarica) è il processo di attivazione della cella della batteria attraverso la prima carica, durante la quale viene generata un'efficace pellicola di passivazione (film SEI) sulla superficie dell'elettrodo negativo per ottenere l'"inizializzazione" della batteria al litio. La capacità di divisione (attrezzatura usata: motore di carica e scarica), nota anche come "capacità di analisi", si riferisce al processo di carica e scarica della cella della batteria convertita secondo gli standard di progettazione per misurare la capacità della cella della batteria. Il processo di carica e scarica della cella della batteria passa attraverso il processo di formazione e separazione della capacità, quindi il motore di carica e scarica è l'apparecchiatura del nucleo posteriore più comunemente utilizzata. L'unità minima di lavoro di un motore di carica e scarica è il "canale". Una "unità" (BOX) è composta da diversi "canali" e più "unità" sono combinate per formare un motore di carica e scarica.

Il test (attrezzatura utilizzata: attrezzatura di prova) deve essere effettuato prima e dopo la carica, la scarica e il riposo; L'ordinamento si riferisce alla classificazione e selezione delle batterie che sono state formate e divise secondo determinati standard in base ai risultati del rilevamento. L’importanza del processo di rilevamento e smistamento non è solo quella di eliminare i prodotti non qualificati, ma anche perché nelle applicazioni pratiche delle batterie agli ioni di litio, le celle sono spesso combinate in parallelo o in serie. Pertanto, la selezione di celle con prestazioni simili può aiutare a ottenere prestazioni complessive ottimali della batteria.

La produzione di batterie al litio non può essere separata dalle apparecchiature per la produzione di batterie al litio. Oltre ai materiali utilizzati nella batteria stessa, il processo di fabbricazione e le apparecchiature di produzione sono fattori importanti che determinano le prestazioni della batteria. All'inizio, le apparecchiature cinesi con batterie al litio dipendevano principalmente dalle importazioni. Dopo diversi anni di rapido sviluppo, le società cinesi di apparecchiature per batterie al litio hanno gradualmente superato le società di apparecchiature giapponesi e coreane in termini di tecnologia, efficienza, stabilità e altri aspetti e presentano vantaggi in termini di rapporto costo-efficacia, manutenzione post-vendita e altri aspetti. Allo stato attuale, si è formato un gruppo di imprese nazionali di apparecchiature per batterie al litio che è diventato un biglietto da visita per le apparecchiature di fascia alta cinesi che entrano nel mercato internazionale. Con l’alleanza verticale e l’espansione all’estero dei leader delle batterie al litio, le apparecchiature per batterie al litio hanno beneficiato dell’espansione a valle e hanno inaugurato un nuovo periodo di rapide opportunità di crescita.