Vollständiges Handbuch für den Herstellungsprozess von Lithiumbatterien

Vollständiges Handbuch für den Herstellungsprozess von Lithiumbatterien

Ionenbatterien sind ein komplexes System, das positive Elektrode, negative Elektrode, Separator, Elektrolyt, Stromkollektor und Bindemittel, leitfähiges Mittel usw. umfasst. Zu den beteiligten Reaktionen gehören elektrochemische Reaktionen von positiven und negativen Elektroden, Lithiumionen- und Elektronenleitung sowie Wärmediffusion. Der Produktionsprozess von Lithiumbatterien ist relativ langwierig und umfasst mehr als 50 Prozesse.

Lithiumbatterien können je nach Form in zylindrische Batterien, quadratische Batterien und Softpack-Batterien unterteilt werden, mit gewissen Unterschieden in den Produktionsprozessen. Insgesamt kann der Herstellungsprozess von Lithiumbatterien jedoch in den vorderen Prozess (Elektrodenherstellung), den mittleren Prozess (Zellsynthese) und den hinteren Prozess (Formation und Verpackung) unterteilt werden. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien bestehen extrem hohe Anforderungen an die Genauigkeit, Stabilität und den Automatisierungsgrad von Lithium-Ionen-Geräten im Batterieherstellungsprozess.

Lithiumbatteriegeräte sind Prozessgeräte, die geordnete Prozesse zur Herstellung von Rohstoffen wie positiven und negativen Elektrodenmaterialien, Separatormaterialien und Elektrolyten verwenden. Die Ausrüstung mit Lithiumbatterien hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und die Kosten von Lithiumbatterien und ist einer der bestimmenden Faktoren. Je nach Prozessablauf können Lithiumbatteriegeräte in Front-End-Geräte, Mittelstufengeräte und Back-End-Geräte unterteilt werden. In der Produktionslinie für Lithiumbatterien beträgt der Wert von Front-End-, Mid-Stage- und Back-End-Geräten etwa 4:3:3.

Das Produktionsziel des bisherigen Prozesses besteht darin, die Herstellung von (positiven und negativen) Elektrodenplatten abzuschließen. Der Hauptprozess der vorherigen Stufe umfasst Mischen, Beschichten, Rollen, Schlitzen, Schneiden und Stanzen. Die beteiligte Ausrüstung umfasst hauptsächlich: Mischer, Beschichtungsmaschine, Walzenpresse, Schneidemaschine, Schneidemaschine, Stanzmaschine usw.

Beim Mischen der Aufschlämmung (verwendete Ausrüstung: Vakuummischer) werden die positiven und negativen Materialien der Festkörperbatterie gleichmäßig gemischt und dann Lösungsmittel hinzugefügt, um sie zu einer Aufschlämmung zu verrühren. Das Mischen der Aufschlämmung ist der Ausgangspunkt des vorherigen Prozesses und die Grundlage für den Abschluss nachfolgender Beschichtungs-, Walz- und anderer Prozesse.

Beim Beschichten (verwendete Ausrüstung: Beschichtungsmaschine) wird die gerührte Aufschlämmung gleichmäßig auf die Metallfolie aufgetragen und getrocknet, um positive und negative Platten herzustellen. Als Kernstück des vorherigen Prozesses hat die Ausführungsqualität des Beschichtungsprozesses großen Einfluss auf die Konsistenz, Sicherheit und Lebensdauer der fertigen Batterie. Daher ist die Beschichtungsmaschine die wertvollste Ausrüstung im bisherigen Prozess.

Beim Walzenpressen (verwendete Ausrüstung: Walzenpresse) wird die beschichtete Elektrode weiter verdichtet und dadurch die Energiedichte der Batterie erhöht. Die Ebenheit der gerollten Elektrode beeinflusst direkt den Verarbeitungseffekt des anschließenden Schlitzprozesses und die Gleichmäßigkeit der Wirkstoffe in der Elektrode beeinflusst indirekt auch die Leistung der Batteriezelle.

Beim Spalten (verwendete Ausrüstung: Schlitzmaschine) wird eine breite Spule von Polstücken kontinuierlich in mehrere schmale Stücke mit der erforderlichen Breite gespalten. Das Bruchversagen der Elektrodenplatte während des Schneidens wird durch Scherwirkung verursacht, und die Glätte der Kante nach dem Schneiden (ohne Grate oder Knicke) ist der Schlüssel zur Beurteilung der Leistung der Schlitzmaschine.

Die Produktion (eingesetzte Ausrüstung: Produktionsmaschine) umfasst das Anschweißen der Elektrodenohren der geschnittenen Elektrodenstücke, das Aufbringen von Schutzband, das Umwickeln der Elektrodenohren mit Klebstoff oder das Formen der Elektrodenohren mittels Laserschneiden, die für nachfolgende Wickelprozesse verwendet werden können. Beim Stanzen (verwendete Ausrüstung: Stanzmaschine) werden beschichtete Polarplatten für nachfolgende Prozesse gestanzt und geformt.

Das Produktionsziel des Zwischenprozesses besteht darin, die Herstellung von Batteriezellen abzuschließen. Es gibt Unterschiede in der Technologie-Roadmap und der Produktionslinienausrüstung im mittleren Prozess verschiedener Arten von Lithiumbatterien. Der Kern des Zwischenprozesses ist der Montageprozess, insbesondere der geordnete Zusammenbau der (positiven und negativen) Elektrodenplatten, die im vorherigen Prozess hergestellt wurden, mit dem Diaphragma und dem Elektrolyten. Aufgrund der unterschiedlichen Energiespeicherstrukturen von quadratischen (Rollen), zylindrischen (Rollen) und flexiblen (geschichteten) Batterien gibt es offensichtliche Unterschiede in der Technologie-Roadmap und der Produktionslinienausrüstung verschiedener Arten von Lithiumbatterien im Mittelprozess. Zu den Hauptprozessen der mittleren Stufe quadratischer und zylindrischer Batterien gehören insbesondere das Aufwickeln, das Einspritzen von Flüssigkeiten und das Verpacken. Die beteiligte Ausrüstung umfasst hauptsächlich: Wickelmaschine, Flüssigkeitseinspritzmaschine, Verpackungsausrüstung (Schaleneinlegemaschine, Rillenwalzmaschine, Versiegelungsmaschine, Schweißmaschine) usw.; Der Hauptprozess der mittleren Stufe der Softpack-Batterie umfasst Laminierung, Flüssigkeitsinjektion und Verpackung, und die beteiligte Ausrüstung umfasst hauptsächlich Laminiermaschine, Flüssigkeitsinjektionsmaschine, Verpackungsausrüstung usw.

Beim Wickeln (verwendete Ausrüstung: Wickelmaschine) werden die durch den Produktionsprozess oder die Wickelstanzmaschine hergestellten Elektrodenplatten zu Lithium-Ionen-Batteriezellen gewickelt, die hauptsächlich zur Herstellung von quadratischen und kreisförmigen Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Die Wickelmaschine kann in zwei Kategorien unterteilt werden: Quadratwickelmaschine und Zylinderwickelmaschine, die jeweils zur Herstellung von quadratischen und zylindrischen Lithiumbatterien verwendet werden. Im Vergleich zur zylindrischen Wicklung stellt das Quadratwickelverfahren höhere Anforderungen an die Spannungskontrolle, sodass der technische Aufwand der Quadratwickelmaschine größer ist.

Beim Laminieren (eingesetzte Ausrüstung: Laminiermaschine) werden einzelne Elektrodenplatten, die im Stanzprozess hergestellt werden, zu Lithium-Ionen-Batteriezellen gestapelt, die hauptsächlich zur Herstellung von Softpack-Batterien verwendet werden. Im Vergleich zu quadratischen und zylindrischen Zellen haben Softpack-Zellen erhebliche Vorteile in Bezug auf Energiedichte, Sicherheit und Entladeleistung. Die Ausführung einer einzelnen Stapelaufgabe durch eine Laminiermaschine umfasst jedoch mehrere parallele Unterprozesse und eine komplexe Zusammenarbeit von Mechanismen, und die Verbesserung der Stapeleffizienz erfordert die Lösung komplexer dynamischer Steuerungsprobleme; Die Geschwindigkeit der Wickelmaschine steht in direktem Zusammenhang mit der Wickeleffizienz, und die Mittel zur Verbesserung der Effizienz sind relativ einfach. Derzeit besteht eine Lücke in der Produktionseffizienz und Ausbeute zwischen laminierten Zellen und gewickelten Zellen.

Mit der Flüssigkeitsinjektionsmaschine (verwendete Ausrüstung: Flüssigkeitsinjektionsmaschine) wird der Elektrolyt der Batterie quantitativ in die Zelle eingespritzt.

Bei der Zellverpackung (mit Geräten wie einer Schaleneinlegemaschine, einer Rillenwalzmaschine, einer Versiegelungsmaschine oder einer Schweißmaschine) wird der Spulenkern in die Zellhülle eingesetzt.

Das Produktionsziel der späteren Phase des Prozesses besteht darin, die Umwandlung in eine Verpackung abzuschließen. Ab der mittleren Phase ist die funktionelle Struktur der Lithiumbatteriezelle gebildet. Die Bedeutung der letzten Phase besteht darin, sie zu aktivieren, Tests, Sortierungen und Montagen zu unterziehen und ein sicheres und stabiles Lithiumbatterieprodukt zu bilden. Zu den Hauptprozessen in der späteren Phase des Prozesses gehören: Bildung, Trennung, Prüfung, Sortierung usw. Zu den beteiligten Geräten gehören hauptsächlich: Lade- und Entlademotoren, Prüfgeräte usw.

Formation (unter Verwendung eines Lade- und Entlademotors) ist der Prozess der Aktivierung der Batteriezelle durch die erste Ladung, bei dem ein wirksamer Passivierungsfilm (SEI-Film) auf der Oberfläche der negativen Elektrode erzeugt wird, um die „Initialisierung“ der Lithiumbatterie zu erreichen. Die Teilungskapazität (verwendete Ausrüstung: Lade- und Entlademotor), auch bekannt als „Analysekapazität“, bezieht sich auf den Prozess des Ladens und Entladens der umgewandelten Batteriezelle gemäß Designstandards, um die Kapazität der Batteriezelle zu messen. Der Lade- und Entladevorgang der Batteriezelle durchläuft den Bildung- und Kapazitätstrennungsprozess, sodass der Lade- und Entlademotor die am häufigsten verwendete Ausrüstung für den hinteren Kern ist. Die minimale Arbeitseinheit eines Lade- und Entlademotors ist der „Kanal“. Eine „Einheit“ (BOX) besteht aus mehreren „Kanälen“, wobei mehrere „Einheiten“ zu einem Lade- und Entlademotor zusammengefasst werden.

Die Prüfung (verwendete Ausrüstung: Prüfgeräte) muss vor und nach dem Laden, Entladen und Ruhen durchgeführt werden; Unter Sortieren versteht man die Klassifizierung und Auswahl von Batterien, die anhand der Erkennungsergebnisse nach bestimmten Standards geformt und aufgeteilt wurden. Die Bedeutung des Erkennungs- und Sortierprozesses besteht nicht nur darin, unqualifizierte Produkte auszuschließen, sondern auch darin, dass in praktischen Anwendungen von Lithium-Ionen-Batterien Zellen häufig parallel oder in Reihe geschaltet werden. Daher kann die Auswahl von Zellen mit ähnlicher Leistung dazu beitragen, die optimale Gesamtleistung der Batterie zu erreichen.

Die Produktion von Lithiumbatterien kann nicht von der Ausrüstung zur Herstellung von Lithiumbatterien getrennt werden. Neben den in der Batterie selbst verwendeten Materialien sind auch der Herstellungsprozess und die Produktionsausrüstung wichtige Faktoren, die die Leistung der Batterie bestimmen. In der Anfangszeit war Chinas Lithiumbatterieausrüstung hauptsächlich auf Importe angewiesen. Nach mehreren Jahren rasanter Entwicklung haben chinesische Hersteller von Lithiumbatterieausrüstungen japanische und koreanische Ausrüstungshersteller hinsichtlich Technologie, Effizienz, Stabilität und anderen Aspekten nach und nach überholt und verfügen über Vorteile bei Kosteneffizienz, Wartung nach dem Verkauf und anderen Aspekten. Gegenwärtig hat sich eine Gruppe inländischer Unternehmen für Lithiumbatterieausrüstung gebildet, die zu einer Visitenkarte für den Eintritt von Chinas High-End-Geräten in den internationalen Markt geworden ist. Mit der vertikalen Allianz und der Expansion der führenden Lithium-Batterie-Marktführer ins Ausland hat die Lithium-Batterie-Ausrüstung von der nachgelagerten Expansion profitiert und eine neue Phase schneller Wachstumschancen eingeläutet.