Wraz z szybkim rozwojembateria litowaW przemyśle, scenariusze zastosowań baterii litowych stale się rozszerzają i stają się niezbędnym urządzeniem energetycznym w życiu i pracy ludzi. Jeśli chodzi o proces produkcji niestandardowych baterii litowych, proces produkcji baterii litowych obejmuje głównie składniki, powlekanie, arkuszowanie, przygotowanie, nawijanie, łuskanie, walcowanie, wypalanie, wtryskiwanie cieczy, spawanie itp. Poniżej przedstawiono kluczowe punkty procesu produkcji baterii litowych. Składniki elektrody dodatniej Elektroda dodatnia baterii litowych składa się z materiałów aktywnych, środków przewodzących, klejów itp. Najpierw surowce są potwierdzane i wypalane. Ogólnie rzecz biorąc, środek przewodzący musi być wypalany w temperaturze ≈120℃ przez 8 godzin, a klej PVDF musi być wypalany w temperaturze ≈80℃ przez 8 godzin. To, czy materiały aktywne (LFP, NCM itp.) wymagają wypalania i suszenia, zależy od stanu surowców. Obecnie ogólny warsztat produkujący baterie litowe wymaga temperatury ≤40℃ i wilgotności ≤25% RH. Po wyschnięciu należy wcześniej przygotować klej PVDF (rozpuszczalnik PVDF, roztwór NMP). Jakość kleju PVDF ma kluczowe znaczenie dla rezystancji wewnętrznej i parametrów elektrycznych akumulatora. Czynniki wpływające na aplikację kleju to temperatura i prędkość mieszania. Im wyższa temperatura, tym żółknięcie kleju wpłynie na przyczepność. Zbyt duża prędkość mieszania może łatwo uszkodzić klej. Prędkość obrotowa zależy od rozmiaru tarczy dyspersyjnej. Ogólnie rzecz biorąc, prędkość liniowa tarczy dyspersyjnej wynosi 10-15 m/s (w zależności od urządzenia). W tym momencie zbiornik mieszający musi włączyć obieg wody, a temperatura powinna wynosić ≤30°C.

Dodawaj zawiesinę katodową partiami. W tym momencie należy zwrócić uwagę na kolejność dodawania materiałów. Najpierw dodaj substancję czynną i substancję przewodzącą, powoli mieszaj, a następnie dodaj klej. Czas podawania i stosunek podawania muszą być ściśle przestrzegane zgodnie z procesem produkcji baterii litowych. Po drugie, prędkość obrotowa i prędkość obrotowa urządzenia muszą być ściśle kontrolowane. Ogólnie rzecz biorąc, liniowa prędkość dyspersji powinna wynosić powyżej 17 m/s. Zależy to od wydajności urządzenia. Różni producenci różnią się znacznie pod względem parametrów. Należy również kontrolować próżnię i temperaturę mieszania. Na tym etapie należy regularnie kontrolować wielkość cząstek i lepkość zawiesiny. Wielkość cząstek i lepkość są ściśle związane z zawartością części stałych, właściwościami materiału, kolejnością podawania i procesem produkcji baterii litowych. W tym momencie konwencjonalny proces wymaga temperatury ≤30°C, wilgotności ≤25% RH i stopnia próżni ≤-0,085 MPa. Przenieś zawiesinę do zbiornika transferowego lub lakierni. Po wypompowaniu zawiesiny należy ją przesiać. Celem jest odfiltrowanie dużych cząstek, wytrącenie i usunięcie substancji ferromagnetycznych i innych. Duże cząstki uszkadzają powłokę i mogą powodować nadmierne samorozładowanie akumulatora lub ryzyko zwarcia; zbyt duża ilość materiału ferromagnetycznego w zawiesinie może powodować nadmierne samorozładowanie akumulatora i inne uszkodzenia. Wymagania procesowe dla tego procesu produkcji baterii litowych to: temperatura ≤ 40°C, wilgotność ≤ 25% RH, rozmiar oczek sita ≤ 100 mesh i rozmiar cząstek ≤ 15 um.

Elektroda ujemnaSkładniki Elektroda ujemna baterii litowej składa się z materiału aktywnego, substancji przewodzącej, spoiwa i dyspergatora. Najpierw należy potwierdzić surowce. Tradycyjny system anodowy to proces mieszania na bazie wody (rozpuszczalnikiem jest woda dejonizowana), więc nie ma specjalnych wymagań dotyczących suszenia surowców. Proces produkcji baterii litowej wymaga, aby przewodność wody dejonizowanej wynosiła ≤1us/cm. Wymagania warsztatowe: temperatura ≤40℃, wilgotność ≤25% RH. Przygotowanie kleju. Po ustaleniu składników należy najpierw przygotować klej (składający się z CMC i wody). W tym momencie wlać grafit C i substancję przewodzącą do mieszalnika w celu mieszania na sucho. Zaleca się, aby nie odkurzać ani nie włączać cyrkulacji wody, ponieważ cząstki są wytłaczane, pocierane i podgrzewane podczas mieszania na sucho. Prędkość obrotowa jest niska 15~20 obr./min, cykl skrobania i mielenia jest 2-3 razy, a czas przerwy wynosi ≈15 min. Wlej klej do miksera i rozpocznij odkurzanie (≤-0,09 mpa). Ściśnij gumę przy niskiej prędkości 15~20 obr./min przez 2 razy, następnie dostosuj prędkość (niska prędkość 35 obr./min, wysoka prędkość 1200~1500 obr./min) i pracuj przez około 15 min~60 min zgodnie z metodą mokrą każdego producenta. Na koniec wlej SBR do blendera. Zalecane jest mieszanie na niskiej prędkości, ponieważ SBR jest polimerem o długim łańcuchu. Jeśli prędkość obrotowa jest zbyt duża przez długi czas, łańcuch cząsteczkowy łatwo pęknie i straci aktywność. Zaleca się mieszanie przy niskiej prędkości 35-40 obr./min i wysokiej prędkości 1200-1800 obr./min przez 10-20 minut. Sprawdź lepkość (2000~4000 mPa.s), wielkość cząstek (35um≤), zawartość części stałych (40-70%), stopień odkurzania i oczka sita (≤100 oczek). Konkretne wartości procesu będą się różnić w zależności od właściwości fizycznych materiału i procesu mieszania. Warsztat wymaga temperatury ≤30℃ i wilgotności ≤25%RH. Powłoka katodowa Proces produkcji baterii litowej odnosi się do wytłaczania lub natryskiwania zawiesiny katodowej na powierzchnię AB aluminiowego kolektora prądu, o pojedynczej gęstości powierzchniowej ≈20~40 mg/cm2 (typ potrójnej baterii litowej). Temperatura pieca wynosi na ogół powyżej 4 do 8 węzłów, a temperatura wypiekania każdej sekcji jest regulowana w zakresie od 95°C do 120°C zgodnie z rzeczywistymi potrzebami, aby uniknąć pęknięć poprzecznych i kapania rozpuszczalnika podczas pękania podczas wypiekania. Współczynnik prędkości wałka powlekającego wynosi 1,1-1,2, a pozycja szczeliny jest cieńsza o 20-30um, aby uniknąć nadmiernego zagęszczenia pozycji etykiety z powodu ogonów podczas cyklu baterii, co może prowadzić do wytrącania się litu. Wilgotność powłoki ≤2000-3000 ppm (w zależności od materiału i procesu). Temperatura elektrody dodatniej w warsztacie wynosi ≤30°C, a wilgotność ≤25%. Schemat przedstawia się następująco: Schemat taśmy powlekającej

Tenprodukcja baterii litowychprocespowłoka elektrody ujemnejOdnosi się do wytłaczania lub natryskiwania ujemnej zawiesiny elektrody na powierzchnię AB miedzianego kolektora prądu. Pojedyncza gęstość powierzchniowa ≈ 10~15 mg/cm2. Temperatura pieca powlekającego zazwyczaj składa się z 4-8 sekcji (lub więcej), a temperatura wypalania każdej sekcji wynosi 80℃~105℃. Można ją dostosować do rzeczywistych potrzeb, aby uniknąć pęknięć wypalania i pęknięć poprzecznych. Współczynnik prędkości wałka transferowego wynosi 1,2-1,3, szczelina jest zmniejszona o 10-15um, stężenie farby wynosi ≤3000ppm, temperatura ujemnej elektrody w warsztacie wynosi ≤30℃, a wilgotność wynosi ≤25%. Po wyschnięciu dodatniej powłoki płyty dodatniej bęben musi zostać wyrównany w czasie trwania procesu. Walec służy do zagęszczania arkusza elektrody (masy opatrunku na jednostkę objętości). Obecnie istnieją dwie metody prasowania dodatnich elektrod w procesie produkcji baterii litowych: prasowanie na gorąco i prasowanie na zimno. W porównaniu z prasowaniem na zimno, prasowanie na gorąco charakteryzuje się wyższym zagęszczeniem i niższym współczynnikiem odbicia. Proces prasowania na zimno jest jednak stosunkowo prosty i łatwy w obsłudze oraz kontroli. Głównym zadaniem walca jest osiągnięcie następujących parametrów procesu: gęstości zagęszczenia, współczynnika odbicia i wydłużenia. Należy jednocześnie pamiętać, że na powierzchni pręta nie mogą znajdować się kruche wióry, twarde grudki, odpadający materiał, faliste krawędzie itp., a w szczelinach nie mogą występować pęknięcia. W tym momencie temperatura otoczenia w warsztacie wynosi: ≤23°C, a wilgotność: ≤25%. Rzeczywista gęstość obecnie stosowanych materiałów konwencjonalnych:

Najczęściej stosowana metoda zagęszczania:

Szybkość odbicia: ogólne odbicie 2-3 μm

Wydłużenie: dodatnia warstwa elektrody wynosi na ogół ≈1,002

Po zakończeniu produkcji rolki elektrody dodatniej, kolejnym krokiem jest podzielenie całego elementu elektrody na małe paski o tej samej szerokości (odpowiadającej wysokości akumulatora). Podczas cięcia należy zwrócić uwagę na zadziory na biegunie. Konieczne jest dokładne sprawdzenie biegunów pod kątem zadziorów w kierunkach X i Y za pomocą sprzętu dwuwymiarowego. Długość zadzioru wzdłużnego procesu Y ≤ 1/2 H, grubość membrany. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤ 23°C, a punkt rosy ≤ -30°C. Proces produkcji arkuszy elektrod ujemnych do akumulatorów litowych jest taki sam jak w przypadku elektrod dodatnich, ale jego konstrukcja jest inna. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤ 23°C, a wilgotność ≤ 25%. Rzeczywista gęstość popularnych materiałów na elektrody ujemne:

Powszechnie stosowane zagęszczanie elektrody ujemnej: Współczynnik odbicia: Ogólny odbicia 4-8um Wydłużenie: Płyta dodatnia ogólnie ≈ 1,002 Proces produkcyjny zdejmowania dodatniej elektrody baterii litowej jest podobny do procesu zdejmowania elektrody dodatniej i oba muszą kontrolować zadziory w kierunkach X i Y. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤23℃, a punkt rosy powinien wynosić ≤-30℃. Po przygotowaniu płyty dodatniej do zdjęcia, płyta dodatnia musi zostać wysuszona (120°C), a następnie arkusz aluminiowy jest spawany i pakowany. Podczas tego procesu należy wziąć pod uwagę długość wypustek i szerokość formowania. Biorąc za przykład konstrukcję **650 (taką jak bateria 18650), konstrukcja z odsłoniętymi wypustkami ma głównie na celu rozważenie rozsądnej współpracy wypustek katody podczas spawania nasadki i rowka walcowego. Jeśli zaczepy biegunów są odsłonięte przez zbyt długi czas, może łatwo dojść do zwarcia między zaczepami biegunów a stalową powłoką podczas procesu walcowania. Jeśli ucho jest zbyt krótkie, nasadka nie może zostać przylutowana. Obecnie dostępne są dwa rodzaje głowic ultradźwiękowych do spawania: liniowe i punktowe. W procesach krajowych najczęściej stosuje się głowice liniowe ze względu na przetężenia i wytrzymałość spawania. Dodatkowo, do pokrycia zaczepów lutowniczych stosuje się klej wysokotemperaturowy, głównie w celu uniknięcia ryzyka zwarć spowodowanych przez zadziory i zanieczyszczenia metalowe. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤23°C, temperatura punktu rosy ≤-30°C, a wilgotność katody ≤500-1000 ppm.

Przygotowanie płytki ujemnejPłyta ujemna musi zostać wysuszona (105-110°C), a następnie arkusze niklowe są spawane i pakowane. Należy również wziąć pod uwagę długość końcówki lutowniczej i szerokość formowania. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤23°C, punkt rosy ≤-30°C, a zawartość wilgoci w elektrodzie ujemnej ≤500-1000 ppm. Nawijanie polega na nawinięciu separatora, arkusza elektrody dodatniej i arkusza elektrody ujemnej w żelazny rdzeń za pomocą maszyny nawijającej. Zasada polega na owinięciu elektrody dodatniej elektrodą ujemną, a następnie oddzieleniu elektrod dodatniej od ujemnej za pomocą separatora. Ponieważ elektroda ujemna tradycyjnego systemu jest elektrodą kontrolną konstrukcji akumulatora, projektowana pojemność jest wyższa niż elektrody dodatniej, dzięki czemu podczas ładowania formującego Li+ elektrody dodatniej może być magazynowane w „pustce” elektrody ujemnej. Szczególną uwagę należy zwrócić na napięcie uzwojenia i układ nabiegunników podczas nawijania. Zbyt małe napięcie uzwojenia wpłynie na rezystancję wewnętrzną i szybkość wsuwania obudowy. Nadmierne napięcie może prowadzić do ryzyka zwarcia lub odpryskiwania. Wyrównanie odnosi się do względnego położenia elektrody ujemnej, elektrody dodatniej i separatora. Szerokość elektrody ujemnej wynosi 59,5 mm, elektrody dodatniej 58 mm, a separatora 61 mm. Te trzy elementy są wyrównywane podczas odtwarzania, aby uniknąć ryzyka zwarcia. Napięcie uzwojenia wynosi zazwyczaj od 0,08 do 0,15 MPa dla bieguna dodatniego, od 0,08 do 0,15 MPa dla bieguna ujemnego, od 0,08 do 0,15 MPa dla górnej membrany i od 0,08 do 0,15 MPa dla dolnej membrany. Konkretne regulacje zależą od sprzętu i procesu. Temperatura otoczenia w tym warsztacie wynosi ≤23°C, punkt rosy ≤-30°C, a zawartość wilgoci ≤500-1000 ppm.

Przed zainstalowaniem rdzenia baterii w obudowie, wymagany jest test Hi-Pot o napięciu 200–500 V (aby sprawdzić, czy akumulator wysokiego napięcia jest zwarty), a także odkurzanie w celu dalszej kontroli zapylenia przed zainstalowaniem w obudowie. Trzy główne punkty kontroli baterii litowych to wilgoć, zadziory i kurz. Po zakończeniu poprzedniego procesu, włóż dolną uszczelkę w spód rdzenia baterii, zagnij arkusz elektrody dodatniej tak, aby powierzchnia była skierowana w stronę otworu uzwojenia rdzenia baterii, a następnie włóż go pionowo do stalowej lub aluminiowej obudowy. Biorąc za przykład typ 18650, średnica zewnętrzna ≈ 18 mm + wysokość ≈ 71,5 mm. Gdy pole przekroju poprzecznego nawiniętego rdzenia jest mniejsze niż pole przekroju poprzecznego wewnętrznej obudowy stalowej, współczynnik wsuwania obudowy stalowej wynosi około 97% do 98,5%. Należy bowiem uwzględnić wartość odbicia nabiegunnika i stopień penetracji cieczy podczas późniejszego wtrysku. Montaż podkładu wierzchniego odbywa się w ten sam sposób, co w przypadku podkładu powierzchniowego. Temperatura otoczenia w warsztacie powinna wynosić ≤23℃, a punkt rosy ≤-40℃.

WalcowanieWkłada kołek lutowniczy (zwykle wykonany z miedzi lub stopu) w środek rdzenia lutowniczego. Powszechnie stosowane kołki spawalnicze mają Φ2,5*1,6 mm, a wytrzymałość spawania elektrody ujemnej powinna wynosić ≥12 N, aby została zakwalifikowana. Jeśli jest zbyt niska, łatwo spowoduje to wirtualne lutowanie i nadmierny opór wewnętrzny. Jeśli jest zbyt wysoka, łatwo jest zespawać warstwę niklu na powierzchni stalowej obudowy, co skutkuje połączeniami lutowniczymi, prowadzącymi do ukrytych zagrożeń, takich jak rdza i wycieki. Proste zrozumienie rowka walcowego polega na zamocowaniu nawiniętego rdzenia baterii na obudowie bez potrząsania. W procesie produkcyjnym tej baterii litowej należy zwrócić szczególną uwagę na dopasowanie prędkości wytłaczania poprzecznego i prędkości prasowania wzdłużnego, aby uniknąć przecięcia obudowy przy zbyt dużej prędkości poprzecznej. Warstwa niklu z karbu odpadnie, jeśli prędkość wzdłużna będzie zbyt duża lub wysokość karbu zostanie naruszona, a uszczelnienie zostanie naruszone. Należy sprawdzić, czy wartości procesu dla głębokości rowka, rozszerzenia i wysokości rowka są zgodne z normami (poprzez obliczenia praktyczne i teoretyczne). Typowe rozmiary płyty grzewczej to 1,0, 1,2 i 1,5 mm. Po zakończeniu walcowania rowka całą maszynę należy ponownie odkurzyć, aby uniknąć zanieczyszczeń metalowych. Stopień podciśnienia powinien wynosić ≤-0,065 MPa, a czas odkurzenia powinien wynosić 1~2 sekundy. Wymagania dotyczące temperatury otoczenia w tym warsztacie wynoszą ≤23°C, a punkt rosy ≤-40°C. Wypiekanie rdzenia baterii Po walcowaniu i rowkowaniu cylindrycznych arkuszy baterii bardzo ważny jest kolejny proces produkcji baterii litowej: wypiekanie. Podczas produkcji ogniw baterii wprowadzana jest pewna ilość wilgoci. Jeśli wilgoci nie można kontrolować w standardowym zakresie na czas, wydajność i bezpieczeństwo baterii zostaną poważnie zagrożone. Zazwyczaj do wypiekania stosuje się automatyczny piec próżniowy. Ułóż ogniwa do wypieczenia w równych proporcjach, włóż środek pochłaniający wilgoć do piekarnika, ustaw parametry i podnieś temperaturę do 85°C (na przykładzie akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych). Poniżej przedstawiono standardy pieczenia dla kilku różnych specyfikacji ogniw akumulatorowych:

Wtrysk cieczyProces produkcji baterii litowej obejmuje testowanie wilgotności wypieczonych ogniw baterii. Dopiero po osiągnięciu poprzednich standardów wypieczenia można przejść do następnego kroku: wtryskiwania elektrolitu. Szybko umieść wypieczone baterie w komorze rękawicowej próżniowej, zważ i zanotuj wagę, załóż pojemnik wtryskowy i dodaj do niego zaprojektowaną masę elektrolitu (zwykle wykonuje się test zanurzenia baterii w cieczy: umieszcza się baterię w środku kubka). Umieść rdzeń baterii w elektrolicie, zanurz go na pewien czas, sprawdź maksymalną chłonność cieczy przez baterię (zwykle napełniaj cieczą zgodnie z objętością eksperymentalną), umieść ją w komorze próżniowej, aby wytworzyć próżnię (stopień próżni ≤ -0,09 MPa) i przyspiesz penetrację elektrolitu do elektrody. Po kilku cyklach wyjmij części baterii i je zważ. Oblicz, czy objętość wtrysku spełnia wartość projektową. Jeśli jest mniejsza, należy ją uzupełnić. Jeśli jest za dużo, po prostu wylej nadmiar, aż do spełnienia wymagań projektowych. Środowisko schowka rękawicowego wymaga temperatury ≤23℃ i punktu rosy ≤-45℃.

SpawalniczyPodczas procesu produkcji baterii litowej, pokrywę baterii należy umieścić w schowku na rękawiczki, a następnie zamocować ją jedną ręką na dolnej formie superspawarki, a drugą przytrzymać rdzeń baterii. Wyrównać dodatni zacisk ogniwa baterii z zaciskiem pokrywy. Po upewnieniu się, że dodatni zacisk jest wyrównany z zaciskiem pokrywy, nacisnąć przycisk zgrzewarki ultradźwiękowej. Następnie nacisnąć przycisk nożny zgrzewarki. Następnie należy dokładnie sprawdzić akumulator, aby sprawdzić efekt spawania wypustek lutowniczych.

Sprawdź, czy wypustki lutownicze są wyrównane.

Delikatnie pociągnij za końcówkę lutowniczą, aby sprawdzić, czy jest luźna.

Akumulatory, których pokrywa nie jest solidnie przyspawana, należy ponownie przyspawać.