Что делает литий-ионные батареи столь важными в современной технике? Сложный производственный процесс включает в себя более 50 этапов, от изготовления электродных листов до синтеза элементов и конечной упаковки. В этой статье мы подробно рассмотрим эти этапы, обратив внимание на основные механизмы и точность, требуемую на каждом этапе. Поняв этот процесс, вы получите представление об инновациях и проблемах, связанных с созданием этих мощных источников энергии, которые питают все - от смартфонов до электромобилей. Погрузитесь в сложный процесс и узнайте, как каждый компонент и процедура играют важную роль в производительности и безопасности батареи.
Литий-ионные батареи - это сложные электрохимические системы, состоящие из множества компонентов, включая положительные и отрицательные электроды, сепараторы, электролиты, токоприемники, связующие и проводящие добавки. Их работа включает в себя сложные электрохимические реакции на обоих электродах в сочетании с механизмами переноса ионов лития и электронов, а также процессами терморегулирования.
Производство литий-ионных батарей - сложный процесс, включающий более 50 отдельных этапов. Хотя конкретные методы производства могут немного отличаться в зависимости от геометрии ячейки (цилиндрической, призматической или мешочной), в целом производство можно разделить на три основных этапа:
Учитывая критические требования к безопасности литий-ионных батарей, производственное оборудование должно соответствовать строгим стандартам точности, стабильности и автоматизации на протяжении всего производственного цикла.
Оборудование для производства литиевых батарей включает в себя широкий спектр специализированных машин, предназначенных для обработки и сборки различных компонентов, включая электродные материалы, материалы сепараторов и электролиты, в тщательно контролируемой последовательности. Это оборудование играет решающую роль в определении эксплуатационных характеристик и стоимости производства литий-ионных батарей.
Производственное оборудование можно классифицировать в соответствии с тремя основными этапами производства, упомянутыми ранее. В типичной линии по производству литий-ионных батарей стоимостное распределение оборудования по этим этапам составляет примерно 40% для переднего этапа, 30% для среднего этапа и 30% для заднего этапа. Такое распределение подчеркивает важность инвестиций в высококачественное оборудование на всех этапах для обеспечения оптимальной производительности и экономической эффективности батарей.
Целью фронтального процесса является изготовление листов положительного и отрицательного электродов. Основными процессами на переднем этапе являются смешивание, нанесение покрытия, прокатка, продольная резка, резка листа, и высечки. Оборудование, используемое в этом процессе, включает в себя смесители, машины для нанесения покрытий, прокатные станкиМашины для продольной резки, машины для раскроя листового материала и машины для высечки.
Смешивание электродных материалов (с помощью вакуумного миксера) позволяет получить суспензию путем равномерного смешивания материалов твердотельной батареи для положительного и отрицательного электродов с растворителем. Смешивание электродных материалов является отправной точкой процесса передней обработки и основой для последующих процессов, таких как нанесение покрытия и прокатка.
Нанесение покрытия (с помощью машины для нанесения покрытия) - это процесс равномерного нанесения смешанной суспензии на металлическую фольгу, а затем ее сушка для формирования листов положительного и отрицательного электродов. Являясь основным процессом переднего этапа, качество нанесения покрытия оказывает огромное влияние на стабильность, безопасность и срок службы готовой батареи. Поэтому машина для нанесения покрытий является самым ценным оборудованием на переднем этапе производства.
Прокатка (с помощью прокатного станка) - это процесс дальнейшего уплотнения покрытого электродного листа для повышения плотности энергии батареи. Гладкость электродного листа после прокатки напрямую влияет на эффективность последующих процессов, таких как продольная резка. Равномерность распределения активного материала в электродном листе также косвенно влияет на производительность батареи.
Принцип работы прокатного станка:
Разворачивание → Разворачивание с коррекцией → Противоположные ролики → Разворачивание → Разворачивание с коррекцией
Резка (на станке для резки) - это процесс разрезания широкого рулона электродного листа на несколько узких полос необходимой ширины. В процессе резки электродный лист подвергается сдвигу и может разрушиться, что влияет на качество получаемых узких полос. Гладкость краев узких полос, в том числе отсутствие заусенцев и морщин, является ключевым фактором при оценке производительности машины для продольной резки.
Принцип работы машины для продольной резки:
Разматывание → Коррекция разматывания → Коррекция процесса → Тяга → Главный привод → Разматывание → Коррекция разматывания.
Резка листов (с помощью машины для резки листов) включает приваривание вкладок к узким полоскам электродного листа, наклеивание защитной бумаги, инкапсулирование вкладок или использование лазерная резка для формирования вкладок. Эти выступы используются в последующем процессе намотки. Высечка (с использованием высекального станка) - это процесс высечки покрытых листов электродов в определенную форму для использования в последующих процессах.
Принцип работы высекального станка:
Разворачивание → Штамповка → Высечка → Затягивание → Сворачивание.
Целью средней стадии производства литиевых батарей является изготовление элемента. Различные типы литиевых батарей имеют разные технические маршруты и оборудование на средней стадии процесса.
Процесс средней стадии - это, по сути, процесс сборки, который включает в себя упорядоченную сборку листов положительного и отрицательного электродов, изготовленных в процессе передней стадии, с сепаратором и электролитом.
Из-за различий в структуре энергоаккумуляторов - квадратных (pouch), цилиндрических (rolled) и карманных - существуют значительные различия в технических маршрутах и оборудовании, используемом на средней стадии процесса для разных типов литиевых батарей.
В частности, процесс средней стадии для квадратных и цилиндрических ячеек включает в себя намотку, впрыск и упаковку, для которых требуется такое оборудование, как намоточные машины, машины для впрыска и упаковочное оборудование (машины для вставки оболочки, желобковые ролики, машины для запечатывания и сварочные машины).
Средний этап производства ячеек для пакетов в основном включает укладку, впрыск и упаковку, для чего требуется такое оборудование, как укладочные машины, машины для впрыска и упаковочное оборудование.
Намотка (с помощью намоточного станка) - это процесс намотки электродных листов, полученных в процессе фронтального производства, или узких полосок электродного листа, изготовленных на станке для высечки рулонов, в ячейку литий-ионного аккумулятора. Этот процесс в основном используется при производстве квадратных и цилиндрических литий-ионных батарей.
Намоточные станки можно разделить на квадратные и цилиндрические, которые используются для производства квадратных и цилиндрических литий-ионных батарей соответственно. По сравнению с цилиндрической намоткой, процесс квадратной намотки требует более жесткого контроля натяжения, что делает технологию станков для квадратной намотки более сложной.
Штабелирование (с помощью штабелирующей машины) - это процесс штабелирования отдельных листов электродов, изготовленных в процессе высечки, в ячейку литий-ионного аккумулятора, в основном используемый при производстве ячеек-пакетов.
По сравнению с квадратными и цилиндрическими ячейками, пакетные ячейки имеют значительные преимущества в плотности энергии, безопасности и производительности разряда. Однако процесс штабелирования включает в себя множество подпроцессов и сложных механизмов, которые должны работать параллельно, что затрудняет повышение эффективности штабелирования за счет сложного динамического управления.
В отличие от этого, скорость намотки и эффективность намоточного станка напрямую связаны между собой, и повысить эффективность можно относительно простыми способами. В настоящее время существует разрыв в эффективности производства и выходе продукции между уложенными и намотанными ячейками.
Инжекционная машина (инжекционная машина) - это оборудование, используемое для впрыска точного количества электролита в ячейку литий-ионного аккумулятора.
Принцип работы инжекционной машины:
Установка кольца для электролита → Сборка аккумулятора → Закачка электролита в аккумулятор → Вакуумное извлечение → Разрядка аккумулятора.
Инкапсуляция элементов (с использованием оборудования для инкапсуляции, такого как машины для вставки оболочки, желобковые ролики, машины для герметизации и сварочные аппараты) - это процесс помещения намотанного элемента во внешний корпус литий-ионной батареи.
Принцип работы машины для вставки раковин:
Подача ячеек → Подача листов изоляции → Подача оболочки → Сборка → Доставка.
Принцип работы роликового станка с канавками:
Загрузка → Всасывание тянущейся ленты → Подача в канавку для прокатки → Прокатка → Выгрузка.
Принцип работы уплотнительной машины:
Переработка материала → Подача → Вакуумная вытяжка → Прокол → Упаковка.
Принцип сварки Машина:
Установите приспособление → Лазерная сварка → Снимите защитную пленку → Проверьте внутреннее сопротивление всех блоков → Проверьте герметичность всех блоков.
Производственная цель конечного процесса - завершить формирование и упаковку литий-ионной батареи. К концу средней стадии процесса функциональная структура элемента батареи уже сформирована, и значение конечного процесса состоит в том, чтобы активировать ее и сформировать безопасную и стабильную литий-ионную батарею посредством тестирования, сортировки и сборки.
К основным процессам обратного цикла относятся формирование, сортировка емкости, тестирование и сортировка, а оборудование, задействованное в процессе, включает в себя, в основном, зарядные и разрядные машины и испытательное оборудование.
Формирование (с помощью оборудования для зарядки и разрядки) - это процесс активации аккумуляторного элемента путем его первой зарядки. В ходе этого процесса на поверхности отрицательного электрода образуется эффективная пленка твердого электролита (SEI), которая инициализирует литий-ионную батарею.
Сортировка емкости (с помощью оборудования для зарядки и разрядки) используется для измерения емкости аккумуляторного элемента в соответствии с проектными стандартами после процесса формирования.
Зарядка и разрядка аккумуляторного элемента является неотъемлемой частью процесса формирования и сортировки емкости, поэтому оборудование для зарядки и разрядки является наиболее часто используемым основным оборудованием в процессе обратной обработки.
Минимальной рабочей единицей зарядно-разрядной машины является "канал", а "блок" (BOX) состоит из нескольких "каналов". Несколько "блоков", объединенных вместе, образуют зарядно-разрядную машину.
Процесс тестирования (с использованием испытательного оборудования) проводится до и после зарядки, разрядки и простоя, а сортировка основывается на результатах тестирования для классификации и отбора батарей после процесса формирования и сортировки емкости в соответствии с определенными стандартами.
Процесс тестирования и сортировки важен не только для отсеивания бракованной продукции, но и для отбора батарей с аналогичными характеристиками, поскольку в процессе эксплуатации элементы часто объединяются параллельно и последовательно, что помогает оптимизировать общую производительность батареи.
Производство литий-ионных батарей в значительной степени зависит от оборудования для их изготовления. Помимо материалов, используемых в батареях, процесс производства и производственное оборудование являются важными факторами, определяющими производительность батарей.
На первых порах Китай полагался на импортное литий-ионное оборудование, но после нескольких лет быстрого развития китайские предприятия по производству литий-ионного оборудования постепенно догнали японские и южнокорейские компании по технологиям, эффективности, стабильности и другим аспектам.
Китайские предприятия также имеют преимущества с точки зрения экономичности и послепродажного обслуживания.
В настоящее время в Китае сформировался кластер предприятий по производству литий-ионного оборудования, и они стали визитной карточкой высококлассного оборудования, выходящего на международный рынок. Благодаря вертикальному альянсу и расширению литий-ионных лидеров и их зарубежного производства ожидается, что индустрия литий-ионного оборудования вступит в новый период быстрого роста за счет расширения производства.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO