Apa yang membuat baterai lithium-ion begitu penting dalam teknologi modern? Proses produksi yang rumit melibatkan lebih dari 50 langkah, mulai dari pembuatan lembaran elektroda hingga sintesis sel dan pengemasan akhir. Artikel ini mengeksplorasi tahap-tahap ini secara mendetail, menyoroti mesin-mesin penting dan ketepatan yang diperlukan pada setiap langkah. Dengan memahami proses ini, Anda akan mendapatkan wawasan tentang inovasi dan tantangan dalam menciptakan sumber energi yang kuat ini, yang memberi daya pada segala hal mulai dari ponsel pintar hingga kendaraan listrik. Selami kerumitannya dan lihat bagaimana setiap komponen dan prosedur memainkan peran penting dalam kinerja dan keamanan baterai.
Baterai lithium-ion adalah sistem elektrokimia canggih yang terdiri dari berbagai komponen, termasuk elektroda positif dan negatif, pemisah, elektrolit, pengumpul arus, pengikat, dan bahan tambahan konduktif. Pengoperasiannya melibatkan reaksi elektrokimia yang kompleks pada kedua elektroda, ditambah dengan ion litium dan mekanisme transpor elektron, serta proses manajemen termal.
Pembuatan baterai lithium-ion merupakan proses rumit yang melibatkan lebih dari 50 langkah berbeda. Meskipun metode produksi spesifik mungkin sedikit berbeda tergantung pada geometri sel (silinder, prismatik, atau kantong), secara keseluruhan manufaktur dapat dikategorikan secara luas ke dalam tiga tahap utama:
Mengingat persyaratan keselamatan penting yang terkait dengan baterai lithium-ion, peralatan manufaktur harus mematuhi standar presisi, stabilitas, dan otomatisasi yang ketat di seluruh siklus produksi.
Peralatan manufaktur baterai litium mencakup berbagai mesin khusus yang dirancang untuk memproses dan merakit berbagai komponen, termasuk bahan elektroda, bahan pemisah, dan elektrolit, dalam urutan yang dikontrol dengan cermat. Peralatan ini memainkan peran penting dalam menentukan karakteristik kinerja dan biaya produksi baterai lithium-ion.
Peralatan manufaktur dapat diklasifikasikan menurut tiga tahap produksi utama yang disebutkan sebelumnya. Dalam lini produksi baterai lithium-ion pada umumnya, distribusi nilai peralatan di seluruh tahap ini adalah sekitar 40% untuk front-end, 30% untuk tahap tengah, dan 30% untuk proses back-end. Distribusi ini menggarisbawahi pentingnya berinvestasi pada peralatan berkualitas tinggi di semua tahap untuk memastikan kinerja baterai yang optimal dan efektivitas biaya.
Tujuan dari proses front-end adalah memproduksi lembaran elektroda positif dan negatif. Proses utama dalam proses front-end meliputi pencampuran, pelapisan, penggulungan, pemotongan, pemotongan lembarandan die cutting. Peralatan yang digunakan dalam proses ini termasuk mixer, pelapis, mesin bergulirmesin slitting, mesin pemotong lembaran, dan mesin pemotong mati.
Pencampuran bahan elektroda (menggunakan mixer vakum) menghasilkan bubur dengan mencampur bahan baterai solid-state untuk elektroda positif dan negatif secara seragam dengan pelarut. Pencampuran bahan elektroda adalah titik awal dari proses front-end dan merupakan fondasi untuk proses selanjutnya seperti pelapisan dan penggulungan.
Pelapisan (menggunakan mesin pelapis) adalah proses melapisi bubur campuran secara merata ke atas kertas logam dan kemudian mengeringkannya untuk membentuk lembaran elektroda positif dan negatif. Sebagai proses inti dari tahap front-end, kualitas proses pelapisan memiliki dampak besar pada konsistensi, keamanan, dan masa pakai baterai yang sudah jadi. Oleh karena itu, mesin pelapis adalah peralatan yang paling berharga dalam proses front-end.
Penggulungan (menggunakan mesin penggulung) adalah proses pemadatan lebih lanjut dari lembaran elektroda yang dilapisi untuk meningkatkan kepadatan energi baterai. Kehalusan lembaran elektroda setelah penggulungan secara langsung memengaruhi efektivitas proses selanjutnya seperti pemotongan. Keseragaman bahan aktif dalam lembaran elektroda juga secara tidak langsung mempengaruhi kinerja baterai.
Prinsip Mesin Penggulung:
Membuka gulungan → Membuka gulungan dengan koreksi → Rol yang berlawanan → Menggulung → Menggulung dengan koreksi
Slitting (menggunakan mesin slitting) adalah proses pemotongan gulungan lebar lembaran elektroda menjadi beberapa strip sempit dengan lebar yang diperlukan. Selama proses pemotongan, lembaran elektroda mengalami gaya geser dan dapat patah, sehingga memengaruhi kualitas strip sempit yang dihasilkan. Kehalusan tepi strip sempit, termasuk tidak adanya gerinda dan kerutan, merupakan faktor kunci dalam mengevaluasi kinerja mesin penggorok.
Prinsip Mesin Penggorok:
Membuka gulungan → Koreksi membuka gulungan → Koreksi proses → Traksi → Penggerak utama → Menggulung → Koreksi menggulung.
Pemotongan Lembaran (menggunakan mesin pemotong lembaran) termasuk mengelas tab pada strip sempit lembaran elektroda, menempelkan kertas pelindung, membungkus tab, atau menggunakan pemotongan laser untuk membentuk tab. Tab ini digunakan dalam proses penggulungan selanjutnya. Pemotongan mati (menggunakan mesin pemotong mati) adalah proses pemotongan lembaran elektroda yang dilapisi menjadi bentuk tertentu untuk digunakan dalam proses selanjutnya.
Prinsip Mesin Pemotong Mati:
Membuka gulungan → Stamping → Pemotongan mati → Traksi → Menggulung.
Tujuan dari proses tahap menengah dalam produksi baterai lithium adalah untuk memproduksi sel. Berbagai jenis baterai litium memiliki rute teknis dan peralatan yang berbeda dalam proses tahap menengah.
Proses tahap tengah pada dasarnya adalah proses perakitan yang melibatkan perakitan teratur dari lembaran elektroda positif dan negatif yang dibuat pada proses front-end dengan pemisah dan elektrolit.
Karena struktur penyimpanan energi yang berbeda dari sel persegi (kantong), silinder (digulung), dan sel kantong, terdapat perbedaan yang signifikan dalam rute teknis dan peralatan yang digunakan dalam proses tahap menengah untuk berbagai jenis baterai lithium.
Secara khusus, proses tahap menengah untuk sel persegi dan silinder terutama mencakup penggulungan, injeksi, dan pengemasan, yang membutuhkan peralatan seperti mesin penggulung, mesin injeksi, dan peralatan pengemasan (mesin penyisipan cangkang, rol alur, mesin penyegel, dan mesin las).
Proses tahap menengah untuk sel kantong terutama mencakup penumpukan, injeksi, dan pengemasan, yang membutuhkan peralatan seperti mesin penumpukan, mesin injeksi, dan peralatan pengemasan.
Penggulungan (menggunakan mesin penggulung) adalah proses penggulungan lembaran elektroda yang dihasilkan dalam proses front-end atau strip sempit lembaran elektroda yang dibuat oleh mesin pemotong mati roll-to-roll ke dalam sel baterai lithium-ion. Proses ini terutama digunakan dalam produksi baterai lithium-ion persegi dan silinder.
Mesin penggulung dapat dibagi lagi menjadi mesin penggulung persegi dan mesin penggulung silinder, yang masing-masing digunakan untuk produksi baterai lithium-ion persegi dan silinder. Dibandingkan dengan belitan silinder, proses belitan persegi membutuhkan kontrol tegangan yang lebih tinggi, sehingga teknologi untuk mesin belitan persegi lebih menantang.
Penumpukan (menggunakan mesin penumpukan) adalah proses penumpukan lembaran elektroda individual yang dibuat dalam proses pemotongan cetakan ke dalam sel baterai lithium-ion, terutama digunakan dalam produksi sel kantong.
Dibandingkan dengan sel persegi dan silinder, sel kantong memiliki keunggulan yang signifikan dalam hal kepadatan energi, keamanan, dan kinerja pelepasan. Namun, proses penumpukan melibatkan beberapa sub-proses dan mekanisme kompleks yang harus bekerja secara paralel, sehingga sulit untuk meningkatkan efisiensi penumpukan melalui kontrol dinamis yang kompleks.
Sebaliknya, kecepatan penggulungan dan efisiensi mesin winding berhubungan langsung, dengan cara yang relatif sederhana untuk meningkatkan efisiensi. Saat ini, terdapat kesenjangan dalam efisiensi produksi dan hasil antara sel yang ditumpuk dan sel yang digulung.
Mesin injeksi (menggunakan mesin injeksi) adalah peralatan yang digunakan untuk menyuntikkan elektrolit dalam jumlah yang tepat ke dalam sel baterai lithium-ion.
Prinsip Mesin Injeksi:
Pemasangan cincin elektrolit → Perakitan baterai → Injeksi elektrolit ke dalam baterai → Ekstraksi vakum → Pengosongan baterai.
Enkapsulasi sel (menggunakan peralatan enkapsulasi seperti mesin penyisipan cangkang, rol alur, mesin penyegel, dan mesin las) adalah proses menempatkan sel luka ke dalam selubung luar baterai lithium-ion.
Prinsip Mesin Penyisipan Cangkang:
Pengumpanan sel → Pengumpanan lembar isolasi → Pengumpanan cangkang → Perakitan → Pengiriman.
Prinsip Mesin Rol Alur:
Pemuatan → Pengisapan pita penarik → Mengalir ke alur penggulungan → Penggulungan → Pengosongan.
Prinsip Mesin Penyegel:
Daur ulang bahan → Pengumpanan → Ekstraksi vakum → Tusukan → Pengemasan.
Prinsip Pengelasan Mesin:
Pasang perlengkapan → Pengelasan laser → Sobek film pelindung → Kumpulkan resistansi internal semua unit → Periksa kedap udara semua unit.
Tujuan produksi dari proses back-end adalah untuk menyelesaikan pembentukan dan pengemasan baterai lithium-ion. Pada akhir proses tahap tengah, struktur fungsional sel baterai telah terbentuk, dan pentingnya proses back-end adalah untuk mengaktifkannya dan membentuk baterai lithium-ion yang aman dan stabil melalui pengujian, penyortiran, dan perakitan.
Proses utama dari proses back-end meliputi pembentukan, pemilahan kapasitas, pengujian, dan pemilahan, dan peralatan yang terlibat terutama mencakup mesin pengisian dan pengosongan serta peralatan pengujian.
Pembentukan (menggunakan peralatan pengisian dan pengosongan) adalah proses pengaktifan sel baterai dengan mengisi daya terlebih dahulu. Selama proses ini, lapisan antarmuka elektrolit padat (SEI) yang efektif dibentuk pada permukaan elektroda negatif untuk menginisialisasi baterai lithium-ion.
Pemilahan kapasitas (menggunakan peralatan pengisian dan pengosongan) digunakan untuk mengukur kapasitas sel baterai sesuai dengan standar desain setelah proses pembentukan.
Pengisian dan pengosongan sel baterai merupakan bagian penting dari proses pembentukan dan penyortiran kapasitas, yang menjadikan peralatan pengisian dan pengosongan sebagai peralatan inti yang paling sering digunakan dalam proses back-end.
Unit kerja minimum dari mesin pengisian dan pengosongan adalah "saluran", dan "unit" (BOX) terdiri dari beberapa "saluran". Beberapa "unit" yang digabungkan bersama membentuk mesin pengisian dan pengosongan.
Proses pengujian (menggunakan peralatan pengujian) dilakukan sebelum dan sesudah pengisian, pengosongan, dan kondisi idle, sedangkan penyortiran didasarkan pada hasil pengujian untuk mengklasifikasikan dan memilih baterai setelah proses penyortiran formasi dan kapasitas sesuai dengan standar tertentu.
Pentingnya proses pengujian dan penyortiran tidak hanya untuk menghilangkan produk yang cacat, tetapi juga untuk memilih baterai dengan kinerja yang sama karena sel sering digabungkan secara paralel dan seri dalam penggunaan yang sebenarnya, yang membantu mengoptimalkan kinerja baterai secara keseluruhan.
Produksi baterai lithium-ion sangat bergantung pada peralatan produksi baterai lithium-ion. Selain bahan yang digunakan dalam baterai, proses produksi dan peralatan produksi merupakan faktor penting yang menentukan performa baterai.
Pada masa-masa awal, China mengandalkan peralatan lithium-ion impor, tetapi setelah beberapa tahun perkembangan pesat, perusahaan peralatan lithium-ion China secara bertahap mengejar ketinggalan dengan perusahaan peralatan Jepang dan Korea Selatan dalam hal teknologi, efisiensi, stabilitas, dan aspek lainnya.
Perusahaan Tiongkok juga memiliki keunggulan dalam hal efektivitas biaya dan pemeliharaan purna jual.
Saat ini, China telah membentuk sekelompok perusahaan peralatan lithium-ion, dan mereka telah menjadi kartu nama peralatan kelas atas yang memasuki pasar internasional. Dengan aliansi vertikal dan perluasan pemimpin lithium-ion dan produksi luar negeri mereka, industri peralatan lithium-ion diperkirakan akan memasuki periode baru pertumbuhan yang cepat karena perluasan produksi hilir.
Sebagai pendiri MachineMFG, saya telah mendedikasikan lebih dari satu dekade karier saya untuk industri pengerjaan logam. Pengalaman saya yang luas telah memungkinkan saya untuk menjadi ahli di bidang fabrikasi lembaran logam, permesinan, teknik mesin, dan peralatan mesin untuk logam. Saya terus berpikir, membaca, dan menulis tentang subjek-subjek ini, terus berusaha untuk tetap menjadi yang terdepan di bidang saya. Biarkan pengetahuan dan keahlian saya menjadi aset bagi bisnis Anda.
ID 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR