Manual completo para processo de produção de bateria de lítio

Manual completo para processo de produção de bateria de lítio

As baterias de íons são um sistema complexo que inclui eletrodo positivo, eletrodo negativo, separador, eletrólito, coletor e aglutinante de corrente, agente condutor, etc. As reações envolvidas incluem reações eletroquímicas de eletrodos positivos e negativos, íon de lítio e condução de elétrons e difusão de calor. O processo de produção de baterias de lítio é relativamente longo, envolvendo mais de 50 processos.

As baterias de lítio podem ser divididas em baterias cilíndricas, baterias quadradas e baterias soft pack de acordo com sua forma, com certas diferenças nos processos de produção. No entanto, em geral, o processo de fabricação da bateria de lítio pode ser dividido em processo frontal (fabricação de eletrodos), processo intermediário (síntese celular) e processo traseiro (formação e embalagem). Devido aos altos requisitos de desempenho de segurança das baterias de íons de lítio, existem requisitos extremamente elevados para a precisão, estabilidade e nível de automação dos equipamentos de íons de lítio no processo de fabricação de baterias.

O equipamento de bateria de lítio é um equipamento de processo que utiliza processos ordenados para fabricar matérias-primas, como materiais de eletrodos positivos e negativos, materiais separadores e eletrólitos. O equipamento de bateria de lítio tem um impacto significativo no desempenho e no custo das baterias de lítio e é um dos fatores determinantes. De acordo com diferentes fluxos de processo, os equipamentos de bateria de lítio podem ser divididos em equipamentos front-end, equipamentos intermediários e equipamentos back-end. Na linha de produção de baterias de lítio, o valor dos equipamentos front-end, intermediário e back-end é responsável por aproximadamente 4:3:3.

O objetivo de produção do processo anterior é completar a fabricação de placas de eletrodos (positivos e negativos). O processo principal da etapa anterior inclui mistura, revestimento, laminação, corte, fatiamento e corte e vinco. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente: misturador, máquina de revestimento, prensa de rolo, máquina de corte, máquina de corte, máquina de corte e vinco, etc.

A mistura da pasta (equipamento usado: misturador a vácuo) consiste em misturar uniformemente os materiais positivos e negativos da bateria de estado sólido e, em seguida, adicionar solvente para misturá-los na pasta. A mistura da pasta é o ponto de partida do processo anterior e a base para a conclusão do revestimento, laminação e outros processos subsequentes.

O revestimento (equipamento usado: máquina de revestimento) consiste em revestir uniformemente a pasta agitada na folha de metal e secá-la para formar placas positivas e negativas. Como elo central do processo anterior, a qualidade de execução do processo de revestimento afeta profundamente a consistência, segurança e vida útil da bateria acabada. Portanto, a máquina de revestimento é o equipamento mais valioso do processo anterior.

A prensagem de rolos (equipamento utilizado: prensa de rolos) visa compactar ainda mais o eletrodo revestido, aumentando assim a densidade de energia da bateria. O nivelamento do eletrodo laminado afeta diretamente o efeito de processamento do processo de corte subsequente, e a uniformidade das substâncias ativas no eletrodo também afeta indiretamente o desempenho da célula da bateria.

A divisão (equipamento usado: máquina de corte) é o processo de cortar continuamente uma bobina larga de peças polares em várias peças estreitas com a largura necessária. A falha por fratura da placa do eletrodo durante o corte é causada pela ação de cisalhamento, e a suavidade da borda após o corte (sem rebarbas ou flambagem) é a chave para avaliar o desempenho da máquina de corte longitudinal.

A produção (equipamento utilizado: máquina de produção) inclui a soldagem das orelhas do eletrodo das peças cortadas do eletrodo, aplicação de fita protetora, envolvimento das orelhas do eletrodo com cola ou uso de corte a laser para formar as orelhas do eletrodo, que podem ser usadas para processos de enrolamento subsequentes. O corte e vinco (equipamento utilizado: máquina de corte e vinco) é o processo de puncionamento e formação de placas polares revestidas para processos subsequentes.

O objetivo de produção do processo intermediário é concluir a fabricação das células da bateria. Existem diferenças no roteiro tecnológico e nos equipamentos da linha de produção do processo intermediário de diferentes tipos de baterias de lítio. A essência do processo intermediário é o processo de montagem, especificamente a montagem ordenada das placas dos eletrodos (positivos e negativos) feitas a partir do processo anterior com o diafragma e o eletrólito. Devido às diferentes estruturas de armazenamento de energia de baterias quadradas (rolo), cilíndricas (rolo) e flexíveis (em camadas), existem diferenças óbvias no roteiro tecnológico e nos equipamentos da linha de produção de diferentes tipos de baterias de lítio no processo intermediário. Especificamente, os principais processos do estágio intermediário das baterias quadradas e cilíndricas incluem enrolamento, injeção de líquido e embalagem. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente: máquina de enrolamento, máquina de injeção de líquido, equipamento de embalagem (máquina de inserção de casca, máquina de laminação de ranhuras, máquina de selagem, máquina de solda), etc; O processo principal do estágio intermediário da bateria soft pack inclui laminação, injeção de líquido e embalagem, e o equipamento envolvido inclui principalmente máquina de laminação, máquina de injeção de líquido, equipamento de embalagem, etc.

Enrolamento (equipamento utilizado: máquina de enrolamento) é o processo de enrolamento das placas de eletrodo produzidas pelo processo de produção ou pela máquina de corte e vinco em células de bateria de íon de lítio, usadas principalmente para a produção de baterias de íon de lítio quadradas e circulares. A bobinadeira pode ser dividida em duas categorias: bobinadeira quadrada e bobinadeira cilíndrica, que são usadas respectivamente para a produção de baterias de lítio quadradas e cilíndricas. Comparado ao enrolamento cilíndrico, o processo de enrolamento quadrado tem requisitos mais elevados para controle de tensão, portanto a dificuldade técnica da bobinadeira quadrada é maior.

Laminação (equipamento utilizado: máquina de laminação) é o processo de empilhamento de placas de eletrodos individuais produzidas durante o processo de corte em células de bateria de íons de lítio, usadas principalmente para a produção de baterias soft pack. Em comparação com células quadradas e cilíndricas, as células soft pack têm vantagens significativas em densidade de energia, segurança e desempenho de descarga. No entanto, a conclusão de uma única tarefa de empilhamento por uma máquina de laminação envolve vários subprocessos em paralelo e colaboração de mecanismos complexos, e melhorar a eficiência do empilhamento requer a abordagem de problemas complexos de controle dinâmico; A velocidade da bobinadeira está diretamente relacionada à eficiência do enrolamento e os meios para melhorar a eficiência são relativamente simples. Atualmente, existe uma lacuna na eficiência de produção e no rendimento entre células laminadas e células feridas.

A máquina injetora de líquido (equipamento utilizado: máquina injetora de líquido) é usada para injetar quantitativamente o eletrólito da bateria na célula.

O empacotamento de células (usando equipamentos como máquina de inserção de casca, máquina de laminação de ranhuras, máquina de selagem, máquina de solda) envolve a colocação do núcleo da bobina na casca da célula.

O objetivo de produção da etapa posterior do processo é completar a transformação em embalagem. A partir do estágio intermediário, a estrutura funcional da célula da bateria de lítio foi formada, e o significado do último estágio é ativá-la, passar por testes, classificação e montagem e formar um produto de bateria de lítio seguro e estável. Os principais processos da fase posterior do processo incluem: formação, separação, teste, classificação, etc. Os equipamentos envolvidos incluem principalmente: motores de carga e descarga, equipamentos de teste, etc.

A formação (usando um motor de carga e descarga) é o processo de ativação da célula da bateria através da primeira carga, durante a qual um filme de passivação eficaz (filme SEI) é gerado na superfície negativa do eletrodo para conseguir a "inicialização" da bateria de lítio. A divisão da capacidade (equipamento utilizado: motor de carga e descarga), também conhecida como “capacidade de análise”, refere-se ao processo de carga e descarga da célula de bateria convertida de acordo com os padrões de projeto para medir a capacitância da célula da bateria. O processo de carga e descarga da célula da bateria passa pelo processo de formação e separação de capacitância, de modo que o motor de carga e descarga é o equipamento de núcleo traseiro mais comumente usado. A unidade mínima de trabalho de um motor de carga e descarga é o “canal”. Uma “unidade” (CAIXA) é composta por vários “canais” e múltiplas “unidades” são combinadas para formar um motor de carga e descarga.

Os testes (equipamentos utilizados: equipamentos de teste) devem ser realizados antes e depois de carregar, descarregar e descansar; A classificação refere-se à classificação e seleção de baterias que foram formadas e divididas de acordo com determinados padrões com base nos resultados da detecção. A importância do processo de detecção e classificação não é apenas eliminar produtos não qualificados, mas também porque em aplicações práticas de baterias de íons de lítio, as células são frequentemente combinadas em paralelo ou em série. Portanto, selecionar células com desempenho semelhante pode ajudar a alcançar o desempenho geral ideal da bateria.

A produção de baterias de lítio não pode ser separada do equipamento de produção de baterias de lítio. Além dos materiais utilizados na própria bateria, o processo de fabricação e os equipamentos de produção são fatores importantes que determinam o desempenho da bateria. No início, os equipamentos de bateria de lítio da China dependiam principalmente de importações. Após vários anos de rápido desenvolvimento, as empresas chinesas de equipamentos para baterias de lítio ultrapassaram gradualmente as empresas de equipamentos japonesas e coreanas em termos de tecnologia, eficiência, estabilidade e outros aspectos, e têm vantagens em relação custo-benefício, manutenção pós-venda e outros aspectos. Atualmente, um cluster de empresas nacionais de equipamentos para baterias de lítio foi formado e se tornou um cartão de visita para os equipamentos de alta qualidade da China que entram no mercado internacional. Com a aliança vertical e a expansão internacional dos líderes em baterias de lítio, os equipamentos para baterias de lítio se beneficiaram da expansão downstream e inauguraram um novo período de rápidas oportunidades de crescimento.