Οι μπαταρίες ιόντων ιθίου έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Σύμφωνα με την ταξινόμηση των τομέων εφαρμογής, μπορούν να χωριστούν σε μπαταρίες για αποθήκευση ενέργειας, μπαταρίες ισχύος και μπαταρίες για ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης.
- Οι μπαταρίες για την αποθήκευση ενέργειας καλύπτουν την αποθήκευση ενέργειας επικοινωνιών, την αποθήκευση ενέργειας ισχύος, τα κατανεμημένα ενεργειακά συστήματα κ.λπ.
- Οι μπαταρίες ισχύος χρησιμοποιούνται κυρίως στον τομέα της ενέργειας, εξυπηρετώντας την αγορά, συμπεριλαμβανομένων των οχημάτων νέας ενέργειας, των ηλεκτρικών περονοφόρων ανυψωτικών μηχανημάτων κ.λπ.
- Οι μπαταρίες για καταναλωτικά ηλεκτρονικά καλύπτουν τον καταναλωτικό και βιομηχανικό τομέα, συμπεριλαμβανομένων των έξυπνων μετρήσεων, της έξυπνης ασφάλειας, των έξυπνων μεταφορών, του Διαδικτύου των Πραγμάτων κ.λπ.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ένα πολύπλοκο σύστημα, που αποτελείται κυρίως από άνοδο, κάθοδο, ηλεκτρολύτη, διαχωριστή, συλλέκτη ρεύματος, συνδετικό υλικό, αγώγιμο μέσο και ούτω καθεξής, και περιλαμβάνει αντιδράσεις όπως ηλεκτροχημική αντίδραση ανόδου και καθόδου, αγωγιμότητα ιόντων λιθίου και ηλεκτρονική αγωγιμότητα, καθώς και διάχυση θερμότητας.
Η διαδικασία παραγωγής μπαταριών λιθίου είναι σχετικά μακρά και περιλαμβάνει περισσότερες από 50 διεργασίες.
Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να χωριστούν σε κυλινδρικές μπαταρίες, μπαταρίες με τετράγωνο κέλυφος αλουμινίου, μπαταρίες με θήκη και μπαταρίες λεπίδων ανάλογα με τη μορφή. Υπάρχουν ορισμένες διαφορές στη διαδικασία παραγωγής τους, αλλά συνολικά η διαδικασία κατασκευής μπαταριών λιθίου μπορεί να χωριστεί σε διαδικασία εμπρόσθιου σταδίου (κατασκευή ηλεκτροδίων), διαδικασία μεσαίου σταδίου (σύνθεση κυψελών) και διαδικασία παρασκηνίου (σχηματισμός και συσκευασία).
Σε αυτό το άρθρο θα παρουσιαστεί η αρχική διαδικασία κατασκευής μπαταριών λιθίου.
Ο στόχος της παραγωγικής διαδικασίας στο αρχικό στάδιο είναι η ολοκλήρωση της κατασκευής του ηλεκτροδίου (άνοδος και κάθοδος). Οι κύριες διαδικασίες περιλαμβάνουν: πολτοποίηση/ανάμειξη, επίστρωση, καλανδράρισμα, σχισμή και κοπή με μήτρα.
Πολτοποίηση/Ανάμειξη
Η ανάμειξη/πολτός είναι η ομοιόμορφη ανάμειξη των στερεών υλικών της μπαταρίας, της ανόδου και της καθόδου, και στη συνέχεια η προσθήκη διαλύτη για την παρασκευή πολτού. Η ανάμειξη πολτού είναι το σημείο εκκίνησης στο μπροστινό άκρο της γραμμής και αποτελεί το προοίμιο για την ολοκλήρωση της επακόλουθης επίστρωσης, της λείανσης και άλλων διεργασιών.
Ο πολτός μπαταριών λιθίου χωρίζεται σε πολτό θετικών ηλεκτροδίων και πολτό αρνητικών ηλεκτροδίων. Βάλτε δραστικές ουσίες, αγώγιμο άνθρακα, πυκνωτικό, συνδετικό υλικό, πρόσθετο, διαλύτη κ.λπ. στον αναμικτήρα αναλογικά. Με την ανάμειξη, επιτυγχάνεται ομοιόμορφη διασπορά του πολτού εναιωρήματος στερεών-υγρών για επικάλυψη.
Η υψηλής ποιότητας ανάμειξη αποτελεί τη βάση για την υψηλής ποιότητας ολοκλήρωση της επακόλουθης διαδικασίας, η οποία θα επηρεάσει άμεσα ή έμμεσα την απόδοση ασφαλείας και την ηλεκτροχημική απόδοση της μπαταρίας.
Επένδυση
Η επίστρωση είναι η διαδικασία επίστρωσης του θετικού και του αρνητικού ενεργού υλικού σε φύλλα αλουμινίου και χαλκού αντίστοιχα, και ο συνδυασμός τους με αγώγιμους παράγοντες και συνδετικό υλικό για να σχηματιστεί φύλλο ηλεκτροδίων. Οι διαλύτες στη συνέχεια απομακρύνονται με ξήρανση στον φούρνο, έτσι ώστε η στερεά ουσία να συνδεθεί με το υπόστρωμα για να σχηματιστεί το πηνίο φύλλου θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου.
Επίστρωση καθόδου και ανόδου
Υλικά καθόδου: Υπάρχουν τρεις τύποι υλικών: πολυστρωματική δομή, δομή σπινελίου και δομή ολιβίνης, που αντιστοιχούν σε τριαδικά υλικά (και κοβαλτικό λίθιο), μαγγανικό λίθιο (LiMn2O4) και φωσφορικό λίθιο σιδήρου (LiFePO4) αντίστοιχα.
Υλικά ανόδου: Επί του παρόντος, τα υλικά ανόδου που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν κυρίως υλικά άνθρακα και μη ανθρακούχα υλικά. Μεταξύ αυτών, τα υλικά άνθρακα περιλαμβάνουν την άνοδο γραφίτη, η οποία είναι η πιο χρησιμοποιούμενη σήμερα, και την άνοδο ακανόνιστου άνθρακα, τον σκληρό άνθρακα, τον μαλακό άνθρακα κ.λπ.· τα μη ανθρακούχα υλικά περιλαμβάνουν την άνοδο με βάση το πυρίτιο, το τιτανικό λίθιο (LTO) κ.ο.κ.
Ως ο βασικός κρίκος της διαδικασίας front-end, η ποιότητα εκτέλεσης της διαδικασίας επίστρωσης επηρεάζει βαθιά τη συνοχή, την ασφάλεια και τον κύκλο ζωής της τελικής μπαταρίας.
Καλάνδρισμα
Το επικαλυμμένο ηλεκτρόδιο συμπιέζεται περαιτέρω με κύλινδρο, έτσι ώστε η δραστική ουσία και ο συλλέκτης να βρίσκονται σε στενή επαφή μεταξύ τους, μειώνοντας την απόσταση κίνησης των ηλεκτρονίων, μειώνοντας το πάχος του ηλεκτροδίου, αυξάνοντας την ικανότητα φόρτωσης. Ταυτόχρονα, μπορεί να μειώσει την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας, να αυξήσει την αγωγιμότητα και να βελτιώσει τον ρυθμό αξιοποίησης του όγκου της μπαταρίας, έτσι ώστε να αυξηθεί η χωρητικότητα της μπαταρίας.
Η επιπεδότητα του ηλεκτροδίου μετά τη διαδικασία καλανδραρίσματος θα επηρεάσει άμεσα την επίδραση της επακόλουθης διαδικασίας σχισίματος. Η ομοιομορφία της δραστικής ουσίας του ηλεκτροδίου θα επηρεάσει επίσης έμμεσα την απόδοση του στοιχείου.
Σχίζων
Η σχισμή είναι η συνεχής διαμήκης κοπή ενός φαρδιού πηνίου ηλεκτροδίου σε στενές φέτες του απαιτούμενου πλάτους. Κατά την σχισμή, το ηλεκτρόδιο υφίσταται διάτμηση και σπάει. Η επιπεδότητα της άκρης μετά την σχισμή (χωρίς γρέζια και κάμψη) είναι το κλειδί για την εξέταση της απόδοσης.
Η διαδικασία κατασκευής ηλεκτροδίου περιλαμβάνει τη συγκόλληση της γλωττίδας ηλεκτροδίου, την εφαρμογή προστατευτικού αυτοκόλλητου χαρτιού, το τύλιγμα της γλωττίδας ηλεκτροδίου και τη χρήση λέιζερ για την κοπή της γλωττίδας ηλεκτροδίου για την επακόλουθη διαδικασία περιέλιξης. Η κοπή με μήτρα είναι η σφράγιση και η διαμόρφωση του επικαλυμμένου ηλεκτροδίου για την επακόλουθη διαδικασία.
Λόγω των υψηλών απαιτήσεων για την ασφάλεια των μπαταριών ιόντων λιθίου, η ακρίβεια, η σταθερότητα και ο αυτοματισμός του εξοπλισμού είναι ιδιαίτερα απαιτητικά στη διαδικασία κατασκευής μπαταριών λιθίου.
Ως ηγέτης στον εξοπλισμό μέτρησης ηλεκτροδίων λιθίου, η Dacheng Precision έχει λανσάρει μια σειρά προϊόντων για τη μέτρηση ηλεκτροδίων στην αρχική διαδικασία κατασκευής μπαταριών λιθίου, όπως μετρητής πυκνότητας ακτίνων Χ/β, μετρητής πάχους και πυκνότητας CDM, μετρητής πάχους λέιζερ και ούτω καθεξής.
- Super X-Ray μετρητής πυκνότητας περιοχής
Είναι προσαρμόσιμο σε μέτρηση πλάτους επίστρωσης άνω των 1600 mm, υποστηρίζει σάρωση εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας και ανιχνεύει λεπτομερή χαρακτηριστικά όπως περιοχές αραίωσης, γρατσουνιές και κεραμικές άκρες. Μπορεί να βοηθήσει με την επίστρωση κλειστού βρόχου.
- Μετρητής πυκνότητας περιοχής ακτίνων Χ/β
Χρησιμοποιείται στη διαδικασία επίστρωσης ηλεκτροδίων μπαταρίας και στη διαδικασία κεραμικής επίστρωσης διαχωριστή για τη διεξαγωγή διαδικτυακών δοκιμών της επιφανειακής πυκνότητας του μετρούμενου αντικειμένου.
- Πάχος και πυκνότητα επιφάνειας CDM
Μπορεί να εφαρμοστεί στη διαδικασία επίστρωσης: ηλεκτρονική ανίχνευση λεπτομερών χαρακτηριστικών των ηλεκτροδίων, όπως η χαμένη επίστρωση, η έλλειψη υλικού, οι γρατσουνιές, τα περιγράμματα πάχους των περιοχών αραίωσης, η ανίχνευση πάχους AT9 κ.λπ.
- Σύστημα μέτρησης σύγχρονης παρακολούθησης πολλαπλών καρέ
Χρησιμοποιείται για την επικάλυψη της καθόδου και της ανόδου των μπαταριών λιθίου. Χρησιμοποιεί πολλαπλά πλαίσια σάρωσης για την εκτέλεση μετρήσεων σύγχρονης παρακολούθησης στα ηλεκτρόδια. Το σύστημα μέτρησης σύγχρονης παρακολούθησης πέντε πλαισίων είναι σε θέση να ελέγξει την υγρή μεμβράνη, την καθαρή ποσότητα επικάλυψης και το ηλεκτρόδιο.
- Μετρητής πάχους λέιζερ
Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του ηλεκτροδίου στη διαδικασία επικάλυψης ή στη διαδικασία καλανδραρίσματος των μπαταριών λιθίου.
- Μετρητής πάχους και διαστάσεων εκτός σύνδεσης
Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του πάχους και των διαστάσεων των ηλεκτροδίων κατά τη διαδικασία επίστρωσης ή καλανδραρίσματος των μπαταριών λιθίου, γεγονός που βελτιώνει την απόδοση και τη συνέπεια.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Αυγούστου 2023
