کتابچه راهنمای کامل فرآیند تولید باتری لیتیومی

کتابچه راهنمای کامل فرآیند تولید باتری لیتیومی

باتری‌های یونی سیستم پیچیده‌ای هستند که شامل الکترود مثبت، الکترود منفی، جداکننده، الکترولیت، جمع‌کننده و بایندر جریان، عامل رسانا و غیره است. واکنش‌های درگیر شامل واکنش‌های الکتروشیمیایی الکترودهای مثبت و منفی، رسانش یون لیتیوم و الکترون و انتشار حرارت است. فرآیند تولید باتری های لیتیومی نسبتا طولانی است و بیش از 50 فرآیند را شامل می شود.

باتری‌های لیتیومی را می‌توان با توجه به فرم آنها به باتری‌های استوانه‌ای، باتری‌های مربعی و باتری‌های بسته نرم تقسیم کرد، با تفاوت‌های خاصی در فرآیندهای تولید. با این حال، به طور کلی، فرآیند تولید باتری لیتیومی را می توان به فرآیند جلو (تولید الکترود)، فرآیند میانی (سنتز سلول) و فرآیند عقب (تشکیل و بسته بندی) تقسیم کرد. با توجه به الزامات ایمنی بالای باتری‌های لیتیوم یونی، الزامات بسیار بالایی برای دقت، پایداری و سطح اتوماسیون تجهیزات لیتیوم یون در فرآیند تولید باتری وجود دارد.

تجهیزات باتری لیتیومی تجهیزات فرآیندی است که از فرآیندهای سفارشی برای تولید مواد خام مانند مواد الکترود مثبت و منفی، مواد جداکننده و الکترولیت استفاده می کند. تجهیزات باتری لیتیومی تأثیر بسزایی در عملکرد و هزینه باتری های لیتیومی دارد و یکی از عوامل تعیین کننده است. با توجه به جریان های مختلف فرآیند، تجهیزات باتری لیتیومی را می توان به تجهیزات جلویی، تجهیزات میانی مرحله و تجهیزات پشتی تقسیم کرد. در خط تولید باتری لیتیومی، ارزش تجهیزات جلویی، میانی و بک‌اند تقریباً 4:3:3 است.

هدف تولید فرآیند قبلی تکمیل ساخت صفحات الکترود (مثبت و منفی) است. فرآیند اصلی مرحله قبل شامل اختلاط، پوشش، نورد، برش، برش و قالب می باشد. تجهیزات درگیر عمدتاً عبارتند از: میکسر، دستگاه پوشش، پرس غلتکی، دستگاه برش، دستگاه برش، دستگاه قالب گیری و غیره.

مخلوط کردن دوغاب (تجهیزات مورد استفاده: میکسر خلاء) به این صورت است که مواد باتری حالت جامد مثبت و منفی را به طور یکنواخت مخلوط کرده و سپس به آن حلال اضافه کنید تا آنها را به دوغاب مخلوط کنید. اختلاط دوغاب نقطه شروع فرآیند قبلی و پایه ای برای تکمیل پوشش، نورد و سایر فرآیندهای بعدی است.

پوشش (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه پوشش) این است که دوغاب هم زده را به طور یکنواخت روی فویل فلزی بپوشانید و آن را خشک کنید تا صفحات مثبت و منفی ایجاد شود. به عنوان حلقه اصلی فرآیند قبلی، کیفیت اجرای فرآیند پوشش عمیقاً بر قوام، ایمنی و طول عمر باتری تمام شده تأثیر می گذارد. بنابراین، دستگاه پوشش با ارزش ترین تجهیزات در فرآیند قبلی است.

پرس غلتکی (تجهیزات مورد استفاده: پرس غلتکی) برای فشرده سازی بیشتر الکترود پوشش داده شده، در نتیجه افزایش چگالی انرژی باتری است. صاف بودن الکترود نورد شده مستقیماً بر اثر پردازش فرآیند شکاف بعدی تأثیر می گذارد و یکنواختی مواد فعال در الکترود نیز به طور غیر مستقیم بر عملکرد سلول باتری تأثیر می گذارد.

شکافتن (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه برش) فرآیندی است که به طور مداوم یک سیم پیچ گسترده از قطعات قطب را به چندین قطعه باریک با عرض مورد نیاز برش می دهد. شکست صفحه الکترود در حین برش ناشی از عمل برشی است و صاف بودن لبه پس از برش (بدون سوراخ یا کمانش) کلید ارزیابی عملکرد دستگاه برش است.

تولید (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه تولید) شامل جوش دادن گوش های الکترود قطعات الکترود بریده شده، استفاده از نوار محافظ، پیچیدن گوش های الکترود با چسب، یا استفاده از برش لیزری برای تشکیل گوش های الکترود است که می تواند برای فرآیندهای سیم پیچ بعدی استفاده شود. دای برش (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه برش قالب) فرآیند پانچ کردن و تشکیل صفحات قطبی پوشش داده شده برای فرآیندهای بعدی است.

هدف تولید فرآیند میانی تکمیل ساخت سلول های باتری است. تفاوت‌هایی در نقشه راه فناوری و تجهیزات خط تولید فرآیند میانی انواع مختلف باتری‌های لیتیومی وجود دارد. ماهیت فرآیند میانی فرآیند مونتاژ است، به ویژه مونتاژ منظم صفحات الکترود (مثبت و منفی) ساخته شده از فرآیند قبلی با دیافراگم و الکترولیت. با توجه به ساختارهای مختلف ذخیره انرژی باتری های مربعی (رولی)، استوانه ای (رولی) و انعطاف پذیر (لایه ای)، تفاوت های آشکاری در نقشه راه فناوری و تجهیزات خط تولید انواع مختلف باتری های لیتیومی در فرآیند میانی وجود دارد. به طور خاص، فرآیندهای اصلی مرحله میانی باتری های مربعی و استوانه ای شامل سیم پیچی، تزریق مایع و بسته بندی است. تجهیزات درگیر عمدتاً عبارتند از: دستگاه سیم پیچ، دستگاه تزریق مایع، تجهیزات بسته بندی (دستگاه درج پوسته، دستگاه نورد شیار، دستگاه آب بندی، دستگاه جوش) و غیره. فرآیند اصلی مرحله میانی باتری سافت پک شامل لمینیت، تزریق مایع و بسته بندی است و تجهیزات درگیر عمدتاً شامل دستگاه لمینت، دستگاه تزریق مایع، تجهیزات بسته بندی و غیره است.

سیم پیچی (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه سیم پیچ) فرآیند سیم پیچی صفحات الکترود تولید شده توسط فرآیند تولید یا دستگاه برش سیم پیچ به سلول های باتری لیتیوم یون است که عمدتاً برای تولید باتری های لیتیوم یون مربعی و دایره ای استفاده می شود. دستگاه سیم پیچ را می توان به دو دسته تقسیم کرد: دستگاه سیم پیچ مربعی و دستگاه سیم پیچ استوانه ای که به ترتیب برای تولید باتری های لیتیومی مربع و استوانه ای استفاده می شود. در مقایسه با سیم پیچ استوانه ای، فرآیند سیم پیچ مربعی نیازمندی های بالاتری برای کنترل کشش است، بنابراین دشواری فنی دستگاه سیم پیچ مربعی بیشتر است.

لمینیت (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه لمینت) فرآیند انباشته شدن صفحات الکترود منفرد تولید شده در طی فرآیند قالب گیری در سلول های باتری لیتیوم یون است که عمدتاً برای تولید باتری های بسته نرم استفاده می شود. در مقایسه با سلول های مربعی و استوانه ای، سلول های بسته نرم دارای مزایای قابل توجهی در چگالی انرژی، ایمنی و عملکرد تخلیه هستند. با این حال، تکمیل یک کار انباشتگی توسط یک ماشین لمینیت شامل چندین فرآیند فرعی در همکاری مکانیزم های موازی و پیچیده است و بهبود کارایی انباشتگی مستلزم پرداختن به مشکلات پیچیده کنترل دینامیکی است. سرعت دستگاه سیم پیچ به طور مستقیم با راندمان سیم پیچ ارتباط دارد و ابزار بهبود کارایی نسبتاً ساده است. در حال حاضر، شکافی در راندمان تولید و بازدهی بین سلول‌های چند لایه و سلول‌های زخم وجود دارد.

دستگاه تزریق مایع (تجهیزات مورد استفاده: دستگاه تزریق مایع) برای تزریق کمی الکترولیت باتری به داخل سلول استفاده می شود.

بسته بندی سلولی (با استفاده از تجهیزاتی مانند دستگاه درج پوسته، دستگاه نورد شیار، دستگاه آب بندی، دستگاه جوش) شامل قرار دادن هسته سیم پیچ در پوسته سلول است.

هدف تولید مرحله بعدی فرآیند تکمیل تبدیل به بسته بندی است. از مرحله میانی، ساختار عملکردی سلول باتری لیتیومی شکل گرفته است و اهمیت مرحله دوم فعال کردن آن، انجام آزمایش، مرتب‌سازی و مونتاژ و تشکیل یک محصول باتری لیتیومی ایمن و پایدار است. فرآیندهای اصلی مرحله بعدی فرآیند عبارتند از: تشکیل، جداسازی، آزمایش، مرتب سازی و غیره. تجهیزات درگیر عمدتاً شامل: موتورهای شارژ و دشارژ، تجهیزات تست و غیره است.

شکل‌گیری (با استفاده از یک موتور شارژ و تخلیه) فرآیند فعال‌سازی سلول باتری از طریق اولین بار است که طی آن یک فیلم غیرفعال‌سازی مؤثر (فیلم SEI) روی سطح الکترود منفی تولید می‌شود تا به "آغازسازی" باتری لیتیومی دست یابد. ظرفیت تقسیم (تجهیزات مورد استفاده: موتور شارژ و دشارژ)، همچنین به عنوان "آنالیز ظرفیت" شناخته می شود، به فرآیند شارژ و دشارژ سلول باتری تبدیل شده طبق استانداردهای طراحی برای اندازه گیری ظرفیت سلول باتری اشاره دارد. فرآیند شارژ و دشارژ سلول باتری از طریق فرآیند تشکیل و جداسازی ظرفیت انجام می شود، بنابراین موتور شارژ و دشارژ رایج ترین تجهیزات هسته عقب مورد استفاده است. حداقل واحد کار یک موتور شارژ و تخلیه "کانال" است. یک "واحد" (BOX) از چندین "کانال" تشکیل شده است و چندین "واحد" برای تشکیل یک موتور شارژ و تخلیه ترکیب می شوند.

تست (تجهیزات مورد استفاده: تجهیزات تست) باید قبل و بعد از شارژ، تخلیه و استراحت انجام شود. مرتب سازی به دسته بندی و انتخاب باتری هایی گفته می شود که بر اساس استانداردهای خاصی بر اساس نتایج تشخیص شکل گرفته و تقسیم بندی شده اند. اهمیت فرآیند تشخیص و مرتب‌سازی تنها حذف محصولات نامرغوب نیست، بلکه به این دلیل است که در کاربردهای عملی باتری‌های لیتیوم یونی، سلول‌ها اغلب به صورت موازی یا سری ترکیب می‌شوند. بنابراین، انتخاب سلول‌هایی با عملکرد مشابه می‌تواند به دستیابی به عملکرد کلی بهینه باتری کمک کند.

تولید باتری های لیتیومی را نمی توان از تجهیزات تولید باتری لیتیومی جدا کرد. علاوه بر مواد به کار رفته در خود باتری، فرآیند ساخت و تجهیزات تولید از عوامل مهمی هستند که عملکرد باتری را تعیین می کنند. در روزهای اولیه، تجهیزات باتری لیتیومی چین عمدتاً به واردات متکی بود. پس از چندین سال توسعه سریع، شرکت های چینی تجهیزات باتری لیتیومی به تدریج از شرکت های تجهیزات ژاپنی و کره ای از نظر فناوری، کارایی، پایداری و سایر جنبه ها پیشی گرفتند و مزایایی در مقرون به صرفه بودن، تعمیر و نگهداری پس از فروش و سایر جنبه ها دارند. در حال حاضر، مجموعه ای از شرکت های داخلی تجهیزات باتری لیتیومی تشکیل شده است و به کارت ویزیت تجهیزات پیشرفته چینی که وارد بازار بین المللی می شوند تبدیل شده است. با اتحاد عمودی و توسعه خارج از کشور رهبران باتری لیتیومی، تجهیزات باتری لیتیومی از توسعه پایین دستی بهره برده و دوره جدیدی از فرصت های رشد سریع را آغاز کرده است.