Wat maakt lithium-ionbatterijen zo cruciaal in de moderne technologie? Het ingewikkelde productieproces omvat meer dan 50 stappen, van de productie van elektrodeplaten tot de synthese van cellen en de uiteindelijke verpakking. In dit artikel worden deze stappen in detail beschreven, waarbij de nadruk wordt gelegd op de essentiële machines en de precisie die bij elke stap vereist is. Door dit proces te begrijpen, krijg je inzicht in de innovaties en uitdagingen bij het maken van deze krachtige energiebronnen, die alles van smartphones tot elektrische voertuigen aandrijven. Duik in de complexiteit en zie hoe elk onderdeel en elke procedure een essentiële rol speelt in de prestaties en veiligheid van batterijen.
Lithium-ion accu's zijn geavanceerde elektrochemische systemen die bestaan uit meerdere componenten, waaronder positieve en negatieve elektrodes, separatoren, elektrolyten, stroomafnemers, bindmiddelen en geleidende additieven. Hun werking omvat complexe elektrochemische reacties aan beide elektroden, gekoppeld aan lithiumion- en elektronentransportmechanismen, evenals thermische beheerprocessen.
De productie van lithium-ionbatterijen is een ingewikkeld proces dat meer dan 50 verschillende stappen omvat. Hoewel de specifieke productiemethoden enigszins kunnen variëren afhankelijk van de celgeometrie (cilindrisch, prismatisch of zakje), kan de algehele fabricage grofweg worden onderverdeeld in drie hoofdfasen:
Gezien de kritieke veiligheidseisen die aan lithium-ionbatterijen worden gesteld, moet de productieapparatuur voldoen aan strenge normen voor precisie, stabiliteit en automatisering tijdens de hele productiecyclus.
Productieapparatuur voor lithiumbatterijen omvat een breed scala aan gespecialiseerde machines die zijn ontworpen voor het verwerken en assembleren van verschillende componenten, waaronder elektrodematerialen, separatormaterialen en elektrolyten, in een zorgvuldig gecontroleerde volgorde. Deze apparatuur speelt een cruciale rol bij het bepalen van zowel de prestatiekenmerken als de productiekosten van lithium-ion batterijen.
De productieapparatuur kan worden ingedeeld aan de hand van de drie eerder genoemde hoofdproductiefasen. In een typische productielijn voor lithium-ionbatterijen is de waardeverdeling van apparatuur over deze stadia ongeveer 40% voor front-end, 30% voor middle-stage en 30% voor back-end processen. Deze verdeling onderstreept het belang van investeren in apparatuur van hoge kwaliteit in alle stadia om optimale batterijprestaties en kosteneffectiviteit te garanderen.
Het doel van het front-end proces is het produceren van de positieve en negatieve elektrodevellen. De belangrijkste processen in het front-end proces zijn mengen, coaten, walsen en snijden, snijden van platenen stansen. De apparatuur die in dit proces wordt gebruikt, omvat mixers, coaters, walsmachinessnijmachines, vellen snijmachines en stansmachines.
Het mengen van de elektrodematerialen (met behulp van een vacuümmenger) produceert een slurry door de vastestofbatterijmaterialen voor de positieve en negatieve elektroden gelijkmatig te mengen met een oplosmiddel. Het mengen van de elektrodematerialen is het beginpunt van het front-end proces en vormt de basis voor latere processen zoals coaten en walsen.
Coaten (met een coatingmachine) is het proces waarbij de gemengde slurry gelijkmatig op een metaalfolie wordt aangebracht en vervolgens wordt gedroogd om de positieve en negatieve elektrodeplaten te vormen. Als kernproces van de front-end fase heeft de kwaliteit van het coatingproces een grote invloed op de consistentie, veiligheid en levensduur van de afgewerkte batterij. Daarom is de coatingmachine de meest waardevolle apparatuur in het front-end proces.
Het walsen (met een walsmachine) is het proces waarbij de beklede elektrodeplaat verder wordt samengeperst om de energiedichtheid van de batterij te verhogen. De gladheid van de elektrodeplaat na het walsen heeft een directe invloed op de effectiviteit van latere processen zoals snijden. De uniformiteit van het actieve materiaal in de elektrodeplaat heeft ook indirect invloed op de prestaties van de batterij.
Principe van walsmachine:
Afrollen → Afrollen met correctie → Tegengestelde rollen → Oprollen → Oprollen met correctie
Snijden (met een snijmachine) is het proces waarbij een brede rol elektroplaat in meerdere smalle stroken van de gewenste breedte wordt gesneden. Tijdens het snijproces ondergaat de elektrodeplaat schuifkrachten en kan deze breken, wat de kwaliteit van de resulterende smalle stroken beïnvloedt. De gladheid van de randen van de smalle stroken, inclusief de afwezigheid van bramen en rimpels, is een belangrijke factor bij het evalueren van de prestaties van de snijmachine.
Principe van snijmachine:
Afrollen → Afrolcorrectie → Procescorrectie → Tractie → Hoofdaandrijving → Oprollen → Oprolcorrectie.
Vellen snijden (met een vellen-snijmachine) omvat het lassen van lipjes op de smalle stroken elektrodenplaat, het bevestigen van beschermend papier, het inkapselen van de lipjes, of het gebruik van lasersnijden om de lipjes te vormen. Deze lipjes worden gebruikt in het daaropvolgende wikkelproces. Stansen (met een stansmachine) is het proces waarbij de gecoate elektrodevellen in een specifieke vorm worden gesneden voor gebruik in de volgende processen.
Principe van stansmachine:
Afrollen → Stempelen → Stansen → Trekken → Oprollen.
Het doel van het middenfaseproces bij de productie van lithiumbatterijen is het vervaardigen van de cel. Verschillende soorten lithiumbatterijen hebben verschillende technische routes en apparatuur in het middenfaseproces.
Het middenfaseproces is in wezen een assemblageproces waarbij de positieve en negatieve elektrodeplaten die in het proces aan de voorkant zijn gemaakt, geordend worden samengevoegd met de separator en elektrolyt.
Vanwege de verschillende energieopslagstructuren van vierkante (zak), cilindrische (gerolde) en zakcellen zijn er aanzienlijke verschillen in de technische routes en apparatuur die worden gebruikt in het middenfaseproces voor verschillende soorten lithiumbatterijen.
Het middenfaseproces voor vierkante en cilindrische cellen bestaat voornamelijk uit wikkelen, injecteren en verpakken, waarvoor apparatuur nodig is zoals wikkelmachines, injectiemachines en verpakkingsapparatuur (schelpinzetmachines, groefrollen, sealmachines en lasmachines).
Het middenfase proces voor pouch cells bestaat voornamelijk uit stapelen, injecteren en verpakken, waarvoor apparatuur nodig is zoals stapelmachines, injectiemachines en verpakkingsapparatuur.
Wikkelen (met behulp van een wikkelmachine) is het proces van het wikkelen van de elektrodeplaten geproduceerd in het front-end proces of de smalle stroken elektrodeplaat gemaakt door een rol-naar-rol stansmachine in de cel van een lithium-ion batterij. Dit proces wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van vierkante en cilindrische lithium-ionbatterijen.
Wikkelmachines kunnen verder worden onderverdeeld in vierkante wikkelmachines en cilindrische wikkelmachines, die respectievelijk worden gebruikt voor de productie van vierkante en cilindrische lithium-ionbatterijen. Vergeleken met cilindrische wikkelmachines vereist het vierkante wikkelproces een hogere spanningscontrole, wat de technologie voor vierkante wikkelmachines uitdagender maakt.
Stapelen (met behulp van een stapelmachine) is het proces van het stapelen van afzonderlijke elektrodevellen die zijn gemaakt in het stansproces in de cel van een lithium-ionbatterij, voornamelijk gebruikt bij de productie van zakcellen.
Vergeleken met vierkante en cilindrische cellen hebben buidelcellen aanzienlijke voordelen op het gebied van energiedichtheid, veiligheid en ontladingsprestaties. Het stapelproces omvat echter meerdere subprocessen en complexe mechanismen die parallel moeten werken, waardoor het een uitdaging is om de efficiëntie van het stapelen te verbeteren door complexe dynamische regeling.
De wikkelsnelheid en de efficiëntie van een wikkelmachine zijn daarentegen direct gekoppeld en er zijn relatief eenvoudige manieren om de efficiëntie te verhogen. Momenteel is er een kloof in productie-efficiëntie en opbrengst tussen gestapelde en gewikkelde cellen.
Een injectiemachine (met behulp van een injectiemachine) is een apparaat dat wordt gebruikt om een precieze hoeveelheid elektrolyt in de cel van een lithium-ionbatterij te injecteren.
Principe van injectiemachine:
Inbrengen van elektrolytring → Assemblage van batterij → Injecteren van elektrolyt in batterij → Vacuümextractie → Ontladen van batterij.
Het inkapselen van de cel (met behulp van inkapselingsapparatuur zoals omhullingsmachines, groefrollen, sealmachines en lasmachines) is het proces van het plaatsen van de gewikkelde cel in de buitenste behuizing van een lithium-ion batterij.
Principe van de machine voor het inbrengen van schelpen:
Celinvoer → Isolatieplaatinvoer → Shellinvoer → Montage → Verzending.
Principe van groefrolmachine:
Laden → Zuigen van trekband → Stromen in rolgroef → Rollen → Lossen.
Principe van sealmachine:
Materiaalrecycling → Toevoer → Vacuümextractie → Doorboren → Verpakking.
Principe van lassen Machine:
Monteer de armatuur → Laserlassen → Verwijder de beschermfolie → Verzamel de inwendige weerstand van alle apparaten → Controleer de luchtdichtheid van alle apparaten.
Het productiedoel van het back-end proces is om de vorming en verpakking van de lithium-ion batterij te voltooien. Aan het einde van het middenfaseproces is de functionele structuur van de batterijcel gevormd en de betekenis van het back-end proces is om deze te activeren en een veilige en stabiele lithium-ion batterij te vormen door middel van testen, sorteren en assembleren.
De belangrijkste processen van het back-end proces zijn formatie, capaciteitssortering, testen en sorteren, en de betrokken apparatuur bestaat voornamelijk uit laad- en ontlaadmachines en testapparatuur.
Vorming (met behulp van laad- en ontlaadapparatuur) is een proces waarbij de batterijcel wordt geactiveerd door deze eerst op te laden. Tijdens dit proces wordt een effectieve vaste elektrolytische interface (SEI) film gevormd op het oppervlak van de negatieve elektrode om de lithium-ion batterij te initialiseren.
Het sorteren van de capaciteit (met behulp van laad- en ontlaadapparatuur) wordt gebruikt om de capaciteit van de batterijcel te meten volgens de ontwerpnormen na het vormingsproces.
Het laden en ontladen van de batterijcel is een essentieel onderdeel van het formatie- en capaciteitssorteringsproces, waardoor laad- en ontlaadapparatuur de meest gebruikte kernapparatuur in het back-end proces is.
De minimale werkeenheid van een laad- en ontlaadmachine is een "kanaal" en een "eenheid" (BOX) is samengesteld uit meerdere "kanalen". Meerdere "eenheden" vormen samen een laad- en ontlaadmachine.
Het testproces (met behulp van testapparatuur) wordt uitgevoerd voor en na het opladen, ontladen en inactieve toestand, terwijl het sorteren gebaseerd is op de testresultaten om de accu's te classificeren en selecteren na het formatie- en capaciteitssorteringsproces volgens bepaalde normen.
Het belang van het test- en sorteerproces is niet alleen het elimineren van defecte producten, maar ook het selecteren van accu's met vergelijkbare prestaties omdat de cellen in het werkelijke gebruik vaak parallel en in serie worden gecombineerd, wat helpt om de algehele prestaties van de accu te optimaliseren.
De productie van lithium-ionbatterijen is sterk afhankelijk van de productieapparatuur voor lithium-ionbatterijen. Naast de materialen die in de batterijen worden gebruikt, zijn het productieproces en de productieapparatuur belangrijke factoren die de prestaties van de batterij bepalen.
In het begin was China afhankelijk van geïmporteerde lithium-ion-apparatuur, maar na enkele jaren van snelle ontwikkeling hebben Chinese bedrijven die lithium-ion-apparatuur produceren geleidelijk de Japanse en Zuid-Koreaanse bedrijven ingehaald op het gebied van technologie, efficiëntie, stabiliteit en andere aspecten.
Chinese bedrijven hebben ook voordelen op het gebied van kosteneffectiviteit en onderhoud na verkoop.
Op dit moment heeft China een cluster van bedrijven gevormd die lithium-ion-apparatuur produceren, en ze zijn een visitekaartje van high-end apparatuur geworden dat de internationale markt betreedt. Met de verticale alliantie en uitbreiding van lithium-ion-leiders en hun overzeese productie, zal de lithium-ion-apparatuurindustrie naar verwachting een nieuwe periode van snelle groei ingaan als gevolg van de stroomafwaartse uitbreiding van de productie.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO