Πλήρες εγχειρίδιο για τη διαδικασία παραγωγής μπαταριών λιθίου

Πλήρες εγχειρίδιο για τη διαδικασία παραγωγής μπαταριών λιθίου

Οι μπαταρίες ιόντων είναι ένα πολύπλοκο σύστημα που περιλαμβάνει θετικό ηλεκτρόδιο, αρνητικό ηλεκτρόδιο, διαχωριστή, ηλεκτρολύτη, συλλέκτη ρεύματος και συνδετικό, αγώγιμο παράγοντα κ.λπ. Οι αντιδράσεις που εμπλέκονται περιλαμβάνουν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, αγωγιμότητα ιόντων λιθίου και ηλεκτρονίων και διάχυση θερμότητας. Η διαδικασία παραγωγής των μπαταριών λιθίου είναι σχετικά μεγάλη και περιλαμβάνει περισσότερες από 50 διαδικασίες.

Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να χωριστούν σε κυλινδρικές μπαταρίες, τετράγωνες μπαταρίες και μπαταρίες μαλακής συσκευασίας ανάλογα με τη μορφή τους, με ορισμένες διαφορές στις διαδικασίες παραγωγής. Ωστόσο, συνολικά, η διαδικασία κατασκευής μπαταριών λιθίου μπορεί να χωριστεί στην μπροστινή διαδικασία (κατασκευή ηλεκτροδίων), στη μεσαία διαδικασία (σύνθεση κυψελών) και στην πίσω διαδικασία (σχηματισμός και συσκευασία). Λόγω των υψηλών απαιτήσεων απόδοσης ασφαλείας των μπαταριών ιόντων λιθίου, υπάρχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την ακρίβεια, τη σταθερότητα και το επίπεδο αυτοματισμού του εξοπλισμού ιόντων λιθίου στη διαδικασία κατασκευής μπαταριών.

Ο εξοπλισμός μπαταριών λιθίου είναι ένας εξοπλισμός διεργασίας που χρησιμοποιεί διατεταγμένες διαδικασίες για την κατασκευή πρώτων υλών όπως υλικά θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, υλικά διαχωρισμού και ηλεκτρολύτη. Ο εξοπλισμός μπαταριών λιθίου έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση και το κόστος των μπαταριών λιθίου και είναι ένας από τους καθοριστικούς παράγοντες. Σύμφωνα με διαφορετικές ροές διεργασιών, ο εξοπλισμός μπαταριών λιθίου μπορεί να χωριστεί σε εξοπλισμό μπροστινής πλευράς, εξοπλισμό μεσαίου σταδίου και εξοπλισμό υποστήριξης. Στη γραμμή παραγωγής μπαταριών λιθίου, η αξία του εξοπλισμού front-end, mid-stage και back-end αντιστοιχεί περίπου σε 4:3:3.

Ο στόχος παραγωγής της προηγούμενης διαδικασίας είναι να ολοκληρωθεί η κατασκευή πλακών (θετικών και αρνητικών) ηλεκτροδίων. Η κύρια διαδικασία του προηγούμενου σταδίου περιλαμβάνει την ανάμειξη, την επίστρωση, την έλαση, το σχίσιμο, τον τεμαχισμό και την κοπή με μήτρα. Ο εξοπλισμός που εμπλέκεται περιλαμβάνει κυρίως: μίξερ, μηχανή επικάλυψης, πρέσα κυλίνδρων, μηχανή κοπής, μηχανή κοπής, μηχανή κοπής κ.λπ.

Η ανάμειξη πολτού (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: αναμικτήρας κενού) συνίσταται στην ομοιόμορφη ανάμειξη των θετικών και αρνητικών υλικών της μπαταρίας στερεάς κατάστασης και στη συνέχεια προσθήκη διαλύτη για ανάδευση σε πολτό. Η ανάμειξη πολτού είναι το σημείο εκκίνησης της προηγούμενης διαδικασίας και η βάση για την ολοκλήρωση των επόμενων διαδικασιών επίστρωσης, έλασης και άλλων διαδικασιών.

Η επίστρωση (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή επίστρωσης) είναι η ομοιόμορφη επίστρωση του αναδευόμενου πολτού στο μεταλλικό φύλλο και η ξήρανση του για να γίνουν θετικές και αρνητικές πλάκες. Ως βασικός κρίκος της προηγούμενης διαδικασίας, η ποιότητα εκτέλεσης της διαδικασίας επίστρωσης επηρεάζει βαθιά τη συνοχή, την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής της τελικής μπαταρίας. Επομένως, η μηχανή επίστρωσης είναι ο πολυτιμότερος εξοπλισμός στην προηγούμενη διαδικασία.

Η συμπίεση κυλίνδρων (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: πρέσα κυλίνδρων) είναι για την περαιτέρω συμπίεση του επικαλυμμένου ηλεκτροδίου, αυξάνοντας έτσι την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας. Η επιπεδότητα του έλασης ηλεκτροδίου επηρεάζει άμεσα το αποτέλεσμα επεξεργασίας της επακόλουθης διαδικασίας σχισμής και η ομοιομορφία των δραστικών ουσιών στο ηλεκτρόδιο επηρεάζει επίσης έμμεσα την απόδοση του στοιχείου μπαταρίας.

Το σχίσιμο (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή κοπής) είναι η διαδικασία συνεχούς κοπής μιας ευρείας σπείρας τεμαχίων πόλων σε πολλά στενά κομμάτια του απαιτούμενου πλάτους. Η αστοχία θραύσης της πλάκας ηλεκτροδίου κατά την κοπή προκαλείται από διατμητική δράση και η ομαλότητα της άκρης μετά την κοπή (χωρίς γρέζια ή λυγισμό) είναι το κλειδί για την αξιολόγηση της απόδοσης της μηχανής κοπής.

Η παραγωγή (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή παραγωγής) περιλαμβάνει συγκόλληση των αυτιών ηλεκτροδίων των κομμένων τεμαχίων ηλεκτροδίων, εφαρμογή προστατευτικής ταινίας, τύλιγμα των αυτιών ηλεκτροδίων με κόλλα ή χρήση κοπής με λέιζερ για το σχηματισμό των αυτιών ηλεκτροδίων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τις επόμενες διαδικασίες περιέλιξης. Η κοπή με μήτρα (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή κοπής με μήτρα) είναι η διαδικασία διάτρησης και σχηματισμού επικαλυμμένων πολικών πλακών για επόμενες διεργασίες.

Ο στόχος παραγωγής της ενδιάμεσης διαδικασίας είναι να ολοκληρωθεί η κατασκευή κυψελών μπαταρίας. Υπάρχουν διαφορές στον οδικό χάρτη τεχνολογίας και στον εξοπλισμό γραμμής παραγωγής της μεσαίας διαδικασίας διαφορετικών τύπων μπαταριών λιθίου. Η ουσία της ενδιάμεσης διαδικασίας είναι η διαδικασία συναρμολόγησης, συγκεκριμένα η τακτική συναρμολόγηση των πλακών (θετικών και αρνητικών) ηλεκτροδίων που κατασκευάστηκαν από την προηγούμενη διαδικασία με το διάφραγμα και τον ηλεκτρολύτη. Λόγω των διαφορετικών δομών αποθήκευσης ενέργειας από τετράγωνες (ρολό), κυλινδρικές (ρολό) και εύκαμπτες (επίπεδες) μπαταρίες, υπάρχουν προφανείς διαφορές στον οδικό χάρτη τεχνολογίας και στον εξοπλισμό γραμμής παραγωγής διαφορετικών τύπων μπαταριών λιθίου στη μέση διαδικασία. Συγκεκριμένα, οι κύριες διαδικασίες του μεσαίου σταδίου τετράγωνων και κυλινδρικών μπαταριών περιλαμβάνουν την περιέλιξη, την έγχυση υγρού και τη συσκευασία. Ο εξοπλισμός που εμπλέκεται περιλαμβάνει κυρίως: μηχανή περιέλιξης, μηχανή έγχυσης υγρού, εξοπλισμό συσκευασίας (μηχανή εισαγωγής κελύφους, μηχανή κύλισης αυλακώσεων, μηχανή σφράγισης, μηχανή συγκόλλησης) κ.λπ. Η κύρια διαδικασία του μεσαίου σταδίου της μπαταρίας μαλακής συσκευασίας περιλαμβάνει πλαστικοποίηση, έγχυση υγρού και συσκευασία και ο εξοπλισμός που εμπλέκεται περιλαμβάνει κυρίως μηχανή πλαστικοποίησης, μηχανή έγχυσης υγρού, εξοπλισμό συσκευασίας κ.λπ.

Η περιέλιξη (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή περιέλιξης) είναι η διαδικασία περιέλιξης των πλακών ηλεκτροδίων που παράγονται από τη διαδικασία παραγωγής ή της μηχανής κοπής τυλίγματος σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, που χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή τετράγωνων και κυκλικών μπαταριών ιόντων λιθίου. Η μηχανή περιέλιξης μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: τετράγωνη μηχανή περιέλιξης και κυλινδρική μηχανή περιέλιξης, που χρησιμοποιούνται αντίστοιχα για την παραγωγή τετράγωνων και κυλινδρικών μπαταριών λιθίου. Σε σύγκριση με την κυλινδρική περιέλιξη, η διαδικασία τετραγωνικής περιέλιξης έχει υψηλότερες απαιτήσεις για τον έλεγχο της τάσης, επομένως η τεχνική δυσκολία της μηχανής τετραγωνικής περιέλιξης είναι μεγαλύτερη.

Η πλαστικοποίηση (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή πλαστικοποίησης) είναι η διαδικασία στοίβαξης μεμονωμένων πλακών ηλεκτροδίων που παράγονται κατά τη διαδικασία κοπής σε κυψέλες μπαταρίας ιόντων λιθίου, που χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή μπαταριών μαλακής συσκευασίας. Σε σύγκριση με τετράγωνες και κυλινδρικές κυψέλες, οι κυψέλες μαλακής συσκευασίας έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα στην ενεργειακή πυκνότητα, την ασφάλεια και την απόδοση εκφόρτισης. Ωστόσο, η ολοκλήρωση μιας μεμονωμένης εργασίας στοίβαξης από μια μηχανή πλαστικοποίησης περιλαμβάνει πολλαπλές υποδιεργασίες σε παράλληλη και πολύπλοκη συνεργασία μηχανισμών και η βελτίωση της απόδοσης στοίβαξης απαιτεί την αντιμετώπιση πολύπλοκων προβλημάτων δυναμικού ελέγχου. Η ταχύτητα της μηχανής περιέλιξης σχετίζεται άμεσα με την απόδοση της περιέλιξης και τα μέσα βελτίωσης της απόδοσης είναι σχετικά απλά. Επί του παρόντος, υπάρχει ένα χάσμα στην παραγωγική αποδοτικότητα και απόδοση μεταξύ των ελασματοποιημένων κυττάρων και των κυττάρων του τραύματος.

Η μηχανή έγχυσης υγρού (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: μηχανή έγχυσης υγρού) χρησιμοποιείται για την ποσοτική έγχυση του ηλεκτρολύτη της μπαταρίας στην κυψέλη.

Η συσκευασία κυψελών (χρησιμοποιώντας εξοπλισμό όπως μηχανή εισαγωγής κελύφους, μηχανή κύλισης αυλακώσεων, μηχανή σφράγισης, μηχανή συγκόλλησης) περιλαμβάνει την τοποθέτηση του πυρήνα του πηνίου στο κέλυφος της κυψέλης.

Ο στόχος παραγωγής του μεταγενέστερου σταδίου της διαδικασίας είναι να ολοκληρωθεί η μετατροπή σε συσκευασία. Από το μεσαίο στάδιο, έχει διαμορφωθεί η λειτουργική δομή του στοιχείου μπαταρίας λιθίου και η σημασία του τελευταίου σταδίου είναι να την ενεργοποιήσει, να υποβληθεί σε δοκιμή, ταξινόμηση και συναρμολόγηση και να σχηματίσει ένα ασφαλές και σταθερό προϊόν μπαταρίας λιθίου. Οι κύριες διαδικασίες του μεταγενέστερου σταδίου της διαδικασίας περιλαμβάνουν: σχηματισμό, διαχωρισμό, δοκιμή, διαλογή κ.λπ. Ο εξοπλισμός που εμπλέκεται περιλαμβάνει κυρίως: κινητήρες φόρτισης και εκφόρτισης, εξοπλισμό δοκιμών κ.λπ.

Ο σχηματισμός (χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα φόρτισης και εκφόρτισης) είναι η διαδικασία ενεργοποίησης της κυψέλης της μπαταρίας μέσω της πρώτης φόρτισης, κατά την οποία δημιουργείται ένα αποτελεσματικό φιλμ παθητικοποίησης (φίλμ SEI) στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου για να επιτευχθεί η "αρχικοποίηση" της μπαταρίας λιθίου. Η χωρητικότητα διαίρεσης (χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός: κινητήρας φόρτισης και εκφόρτισης), επίσης γνωστή ως "χωρητικότητα ανάλυσης", αναφέρεται στη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης του μετατρεπόμενου στοιχείου μπαταρίας σύμφωνα με τα πρότυπα σχεδιασμού για τη μέτρηση της χωρητικότητας του στοιχείου μπαταρίας. Η διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης του στοιχείου μπαταρίας εκτελείται μέσω της διαδικασίας σχηματισμού και διαχωρισμού χωρητικότητας, επομένως ο κινητήρας φόρτισης και εκφόρτισης είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός πίσω πυρήνα. Η ελάχιστη μονάδα εργασίας ενός κινητήρα φόρτισης και εκφόρτισης είναι το «κανάλι». Μια "μονάδα" (BOX) αποτελείται από πολλά "κανάλια" και πολλαπλές "μονάδες" συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν κινητήρα φόρτισης και εκφόρτισης.

Η δοκιμή (εξοπλισμός που χρησιμοποιείται: εξοπλισμός δοκιμών) πρέπει να διεξάγεται πριν και μετά τη φόρτιση, την εκφόρτιση και την ανάπαυση. Η ταξινόμηση αναφέρεται στην ταξινόμηση και επιλογή των μπαταριών που έχουν διαμορφωθεί και χωριστεί σύμφωνα με ορισμένα πρότυπα με βάση τα αποτελέσματα ανίχνευσης. Η σημασία της διαδικασίας ανίχνευσης και διαλογής δεν έγκειται μόνο στην εξάλειψη προϊόντων που δεν πληρούν τις προϋποθέσεις, αλλά και επειδή στις πρακτικές εφαρμογές των μπαταριών ιόντων λιθίου, τα κύτταρα συχνά συνδυάζονται παράλληλα ή σε σειρά. Επομένως, η επιλογή κυψελών με παρόμοια απόδοση μπορεί να βοηθήσει στην επίτευξη της βέλτιστης συνολικής απόδοσης της μπαταρίας.

Η παραγωγή μπαταριών λιθίου δεν μπορεί να διαχωριστεί από τον εξοπλισμό παραγωγής μπαταριών λιθίου. Εκτός από τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην ίδια την μπαταρία, η διαδικασία κατασκευής και ο εξοπλισμός παραγωγής είναι σημαντικοί παράγοντες που καθορίζουν την απόδοση της μπαταρίας. Τις πρώτες μέρες, ο εξοπλισμός μπαταριών λιθίου της Κίνας βασιζόταν κυρίως στις εισαγωγές. Μετά από αρκετά χρόνια ταχείας ανάπτυξης, οι κινεζικές εταιρείες εξοπλισμού μπαταριών λιθίου ξεπέρασαν σταδιακά τις ιαπωνικές και κορεατικές εταιρείες εξοπλισμού όσον αφορά την τεχνολογία, την αποτελεσματικότητα, τη σταθερότητα και άλλες πτυχές, και έχουν πλεονεκτήματα σε σχέση με το κόστος, τη συντήρηση μετά την πώληση και άλλες πτυχές. Επί του παρόντος, έχει δημιουργηθεί ένα σύμπλεγμα εγχώριων επιχειρήσεων εξοπλισμού μπαταριών λιθίου και έχει γίνει μια επαγγελματική κάρτα για τον εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας της Κίνας που εισέρχεται στη διεθνή αγορά. Με την κάθετη συμμαχία και την επέκταση των κορυφαίων μπαταριών λιθίου στο εξωτερικό, ο εξοπλισμός μπαταριών λιθίου έχει επωφεληθεί από την κατάντη επέκταση και εγκαινίασε μια νέα περίοδο ευκαιριών ταχείας ανάπτυξης.