Met de snelle ontwikkeling van delithiumbatterijDe toepassingsmogelijkheden van lithiumbatterijen blijven zich uitbreiden en ze zijn uitgegroeid tot een onmisbaar energieapparaat in het dagelijks leven en werk. Het productieproces van lithiumbatterijen voor fabrikanten van op maat gemaakte lithiumbatterijen omvat hoofdzakelijk de volgende stappen: ingrediënten, coating, beplating, voorbereiding, wikkelen, omhulsel, walsen, bakken, vloeistofinjectie, lassen, enzovoort. Hieronder worden de belangrijkste punten van het productieproces van lithiumbatterijen beschreven. Ingrediënten voor de positieve elektrode: De positieve elektrode van lithiumbatterijen bestaat uit actieve materialen, geleidende middelen, lijm, enzovoort. Eerst worden de grondstoffen gecontroleerd en gebakken. Over het algemeen moet het geleidende middel 8 uur lang op ongeveer 120 °C worden gebakken en de PVDF-lijm 8 uur lang op ongeveer 80 °C. Of de actieve materialen (LFP, NCM, enzovoort) ook gebakken en gedroogd moeten worden, hangt af van de staat van de grondstoffen. Momenteel vereist een algemene lithiumbatterijwerkplaats een temperatuur van maximaal 40 °C en een luchtvochtigheid van maximaal 25% RH. Nadat het droogproces is voltooid, moet de PVDF-lijm (PVDF-oplosmiddel, NMP-oplossing) van tevoren worden klaargemaakt. De kwaliteit van de PVDF-lijm is cruciaal voor de interne weerstand en de elektrische prestaties van de batterij. Factoren die de lijmtoepassing beïnvloeden zijn onder andere de temperatuur en de roersnelheid. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer de lijm vergeelt en hoe slechter de hechting. Als de mengsnelheid te hoog is, kan de lijm gemakkelijk beschadigd raken. De specifieke rotatiesnelheid is afhankelijk van de grootte van de dispergeerschijf. Over het algemeen ligt de lineaire snelheid van de dispergeerschijf tussen de 10 en 15 m/s (afhankelijk van de apparatuur). Tijdens dit proces moet de watercirculatie in de mengtank worden ingeschakeld en moet de temperatuur ≤ 30 °C zijn.

Voeg de kathodesuspensie in porties toe. Let hierbij goed op de volgorde van toevoeging. Voeg eerst het actieve materiaal en het geleidende middel toe, roer langzaam en voeg vervolgens de lijm toe. De toevoertijd en -verhouding moeten strikt worden nageleefd volgens het productieproces van lithiumbatterijen. Ten tweede moeten de rotatiesnelheid en het toerental van de apparatuur nauwkeurig worden gecontroleerd. Over het algemeen moet de lineaire dispersiesnelheid hoger zijn dan 17 m/s. Dit is echter afhankelijk van de prestaties van het apparaat en kan sterk variëren tussen fabrikanten. Controleer ook het vacuüm en de temperatuur tijdens het mengen. In deze fase moeten de deeltjesgrootte en de viscositeit van de suspensie regelmatig worden gecontroleerd. De deeltjesgrootte en viscositeit zijn nauw verbonden met het vaste stofgehalte, de materiaaleigenschappen, de toevoervolgorde en het productieproces van lithiumbatterijen. Het conventionele proces vereist in deze fase een temperatuur van ≤30℃, een luchtvochtigheid van ≤25% RH en een vacuüm van ≤-0,085 MPa. Breng de suspensie over naar een overslagtank of spuitcabine. Nadat de slurry is afgevoerd, moet deze worden gezeefd. Het doel is om grote deeltjes, neerslag en ferromagnetische en andere stoffen te verwijderen. Grote deeltjes kunnen de coating beïnvloeden en leiden tot overmatige zelfontlading van de batterij of kortsluiting; te veel ferromagnetisch materiaal in de slurry kan eveneens leiden tot overmatige zelfontlading van de batterij en andere defecten. De procesvereisten voor dit lithiumbatterijproductieproces zijn: temperatuur ≤ 40 °C, luchtvochtigheid ≤ 25% RH, zeefmaaswijdte ≤ 100 mesh en deeltjesgrootte ≤ 15 µm.

Negatieve elektrodeIngrediënten De negatieve elektrode van een lithiumbatterij bestaat uit actief materiaal, een geleidend middel, een bindmiddel en een dispergeermiddel. Bepaal eerst de grondstoffen. Het traditionele anodesysteem maakt gebruik van een watergebaseerd mengproces (het oplosmiddel is gedemineraliseerd water), waardoor er geen speciale droogvereisten voor de grondstoffen zijn. Voor de productie van lithiumbatterijen is een geleidbaarheid van gedemineraliseerd water van ≤1 µs/cm vereist. Werkplaatsvereisten: temperatuur ≤40 °C, luchtvochtigheid ≤25% RH. Bereid de lijm voor. Nadat de grondstoffen zijn bepaald, moet eerst de lijm (samengesteld uit CMC en water) worden bereid. Giet vervolgens de grafiet C en het geleidende middel in een menger voor droog mengen. Het wordt aanbevolen om geen vacuüm te gebruiken of watercirculatie in te schakelen, omdat de deeltjes tijdens het droog mengen worden geperst, gewreven en verwarmd. De rotatiesnelheid is laag, 15-20 tpm, de schraap- en maalcyclus is 2-3 keer, met een interval van ongeveer 15 minuten. Giet de lijm in de mixer en begin met vacuümtrekken (≤-0,09 MPa). Pers het rubber tweemaal met een lage snelheid van 15-20 tpm, pas vervolgens de snelheid aan (lage snelheid 35 tpm, hoge snelheid 1200-1500 tpm) en laat het mengsel ongeveer 15-60 minuten draaien, afhankelijk van het natte proces van de fabrikant. Giet tot slot de SBR in de blender. Roeren op een lage snelheid wordt aanbevolen, omdat SBR een polymeer met lange ketens is. Als de rotatiesnelheid te hoog is gedurende een te lange tijd, zullen de moleculaire ketens gemakkelijk breken en hun activiteit verliezen. Het wordt aanbevolen om gedurende 10-20 minuten te roeren met een lage snelheid van 35-40 tpm en een hoge snelheid van 1200-1800 tpm. Test de viscositeit (2000-4000 mPa·s), de deeltjesgrootte (≤ 35 µm), het vaste stofgehalte (40-70%), de vacuümgraad en de zeefmaat (≤ 100 mesh). De specifieke proceswaarden variëren afhankelijk van de fysische eigenschappen van het materiaal en het mengproces. De werkplaats vereist een temperatuur van ≤30℃ en een luchtvochtigheid van ≤25% RH. Bij het coaten van de kathode wordt de kathodesuspensie geëxtrudeerd of gespoten op het AB-oppervlak van de aluminium stroomcollector, met een oppervlaktedichtheid van ≈20~40 mg/cm² (ternaire lithiumbatterij). De oventemperatuur ligt over het algemeen boven de 4 tot 8 graden Celsius, en de baktemperatuur van elk segment wordt aangepast tussen 95°C en 120°C, afhankelijk van de daadwerkelijke behoeften, om dwarsscheuren en het druipen van oplosmiddel tijdens het bakken te voorkomen. De snelheidsverhouding van de transportrol is 1,1-1,2, en de tussenruimte wordt met 20-30 µm verkleind om overmatige verdichting van de coating te voorkomen als gevolg van het uitlopen van de coating tijdens het cycleren van de batterij, wat kan leiden tot lithiumprecipitatie. Het vochtgehalte van de coating is ≤2000-3000 ppm (afhankelijk van het materiaal en het proces). De temperatuur van de positieve elektrode in de werkplaats is ≤30℃ en de luchtvochtigheid is ≤25%. Het schema is als volgt: Schematische weergave van de coatingtape.

Delithiumbatterijproductieproces vannegatieve elektrode coatingDit verwijst naar het extruderen of spuiten van een slurry voor de negatieve elektrode op het AB-oppervlak van de koperen stroomcollector. De dichtheid per oppervlak bedraagt ​​ongeveer 10-15 mg/cm². De temperatuur van de coatingoven is doorgaans verdeeld in 4-8 (of meer) secties, waarbij de baktemperatuur in elke sectie tussen de 80 en 105 °C ligt. Deze kan worden aangepast aan de specifieke behoeften om bakscheuren en dwarsscheuren te voorkomen. De snelheidsverhouding van de transportrollen is 1,2-1,3, de tussenruimte is 10-15 µm, de verfconcentratie is ≤ 3000 ppm, de temperatuur van de negatieve elektrode in de werkplaats is ≤ 30 °C en de luchtvochtigheid is ≤ 25%. Nadat de positieve coating van de positieve plaat is opgedroogd, moet de trommel binnen de procestijd worden uitgelijnd. De rol wordt gebruikt om de elektrodeplaat te verdichten (de massa van de coating per volume-eenheid). Momenteel zijn er twee persmethoden voor de positieve elektrode in het productieproces van lithiumbatterijen: warmpersen en koudpersen. Vergeleken met koudpersen heeft warmpersen een hogere verdichting en een lagere terugvering. Het koudpersproces is echter relatief eenvoudig en gemakkelijk te bedienen en te controleren. De belangrijkste functie van de wals is het bereiken van de volgende proceswaarden: verdichtingsdichtheid, terugvering en rek. Tegelijkertijd moet erop worden gelet dat broze spanen, harde klonten, losgekomen materiaal, golvende randen, enz. niet zijn toegestaan ​​op het oppervlak van het staafstuk, en dat er geen breuken in de openingen mogen voorkomen. De temperatuur in de werkplaats moet ≤23℃ zijn en de luchtvochtigheid ≤25%. De werkelijke dichtheid van gangbare materialen is:

Veelgebruikte verdichtingstechnieken:

Terugslagfrequentie: algemene terugslag 2-3 μm

Rekbaarheid: De rekbaarheid van de positieve elektrodeplaat is over het algemeen ≈1,002.

Nadat de rol met de positieve elektrode is voltooid, is de volgende stap het verdelen van het gehele elektrodestuk in kleine stroken van gelijke breedte (overeenkomend met de hoogte van de batterij). Let bij het snijden op bramen van het poolstuk. Het is noodzakelijk om de poolstukken grondig te inspecteren op bramen in de X- en Y-richting met behulp van een tweedimensionale meetapparatuur. De lengte van de braam in de lengterichting moet Y ≤ 1/2 H membraandikte zijn. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤ 23℃ zijn en het dauwpunt ≤ -30℃. Het productieproces van de negatieve elektrodeplaten voor lithiumbatterijen is hetzelfde als dat van de positieve elektroden, maar het procesontwerp is anders. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤ 23℃ zijn en de luchtvochtigheid ≤ 25%. Werkelijke dichtheid van gangbare negatieve elektrodematerialen:

Veelgebruikte verdichting van de negatieve elektrode: Terugslagsnelheid: Algemene terugslag 4-8 µm. Rek: Positieve plaat doorgaans ≈ 1,002. Het productieproces van de positieve elektrode van een lithiumbatterij is vergelijkbaar met het strippen van de positieve elektrode van een lithiumbatterij. In beide gevallen is het belangrijk om bramen in de X- en Y-richting te beheersen. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤ 23 °C zijn en het dauwpunt ≤ -30 °C. Nadat de positieve plaat klaar is om te worden gestript, moet deze worden gedroogd (120 °C). Vervolgens wordt de aluminium plaat gelast en verpakt. Tijdens dit proces moet rekening worden gehouden met de lengte van de lipjes en de vormbreedte. Neem bijvoorbeeld het **650-ontwerp (zoals de 18650-batterij): het ontwerp met blootliggende lipjes is voornamelijk bedoeld om een ​​goede samenwerking tussen de kathodelipjes tijdens het lassen van de kap en de walsgroef te garanderen. Als de poollipjes te lang blootliggen, kan er tijdens het walsen gemakkelijk kortsluiting ontstaan ​​tussen de poollipjes en de stalen behuizing. Als de nok te kort is, kan de kap niet gesoldeerd worden. Er zijn momenteel twee soorten ultrasone soldeerkoppen: lineair en puntvormig. In binnenlandse processen worden voornamelijk lineaire soldeerkoppen gebruikt vanwege overwegingen met betrekking tot overstroom en lassterkte. Daarnaast wordt hittebestendige lijm gebruikt om de soldeerlipjes af te dekken, voornamelijk om het risico op kortsluiting door metaalbraam en metaalresten te voorkomen. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤23℃ zijn, het dauwpunt ≤-30℃ en het vochtgehalte van de kathode ≤500-1000 ppm.

Voorbereiding van de negatieve plaatDe negatieve plaat moet gedroogd worden (105-110 °C), waarna de nikkelplaten gelast en verpakt worden. Ook de lengte van de soldeerlip en de vormbreedte moeten in acht worden genomen. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤ 23 °C zijn, het dauwpunt ≤ -30 °C en het vochtgehalte van de negatieve elektrode ≤ 500-1000 ppm. Het wikkelen gebeurt door de separator, de positieve elektrodeplaat en de negatieve elektrodeplaat met behulp van een wikkelmachine tot een ijzeren kern te wikkelen. Het principe is om de positieve elektrode met de negatieve elektrode te omwikkelen en deze vervolgens te scheiden met een separator. Omdat de negatieve elektrode in traditionele systemen de stuurelektrode is, is de capaciteit ervan hoger dan die van de positieve elektrode. Hierdoor kan tijdens het vormen van de lading de Li+ van de positieve elektrode worden opgeslagen in de "lege ruimte" van de negatieve elektrode. Bij het wikkelen moet speciale aandacht worden besteed aan de wikkelspanning en de positionering van de poolstukken. Een te lage wikkelspanning beïnvloedt de interne weerstand en de inbrengsnelheid van de behuizing. Een te hoge spanning kan leiden tot kortsluiting of beschadiging van de behuizing. Uitlijning verwijst naar de relatieve positie van de negatieve elektrode, de positieve elektrode en de separator. De breedte van de negatieve elektrode is 59,5 mm, die van de positieve elektrode 58 mm en die van de separator 61 mm. Deze drie onderdelen worden tijdens het afspelen uitgelijnd om kortsluiting te voorkomen. De wikkelspanning ligt over het algemeen tussen 0,08-0,15 MPa voor de positieve pool, 0,08-0,15 MPa voor de negatieve pool, 0,08-0,15 MPa voor het bovenste membraan en 0,08-0,15 MPa voor het onderste membraan. Specifieke aanpassingen zijn afhankelijk van de apparatuur en het proces. De omgevingstemperatuur in deze werkplaats is ≤23℃, het dauwpunt is ≤-30℃ en het vochtgehalte is ≤500-1000 ppm.

Voordat de batterijkern in de behuizing wordt geplaatst, is een hoogspanningstest van 200-500V vereist (om te controleren of de hoogspanningsbatterij kortgesloten is). Ook is stofzuigen nodig om stofvorming te voorkomen voordat de kern in de behuizing wordt geplaatst. De drie belangrijkste aandachtspunten bij lithiumbatterijen zijn vocht, bramen en stof. Na deze stappen wordt de onderste pakking in de onderkant van de batterijkern geplaatst, de positieve elektrodeplaat zo gebogen dat het oppervlak naar de wikkelingsopening van de batterijkern wijst, en deze vervolgens verticaal in de stalen of aluminium behuizing geschoven. Neem bijvoorbeeld het type 18650, met een buitendiameter van ongeveer 18 mm en een hoogte van ongeveer 71,5 mm. Wanneer de doorsnede van de gewikkelde kern kleiner is dan de binnendoorsnede van de stalen behuizing, is de plaatsingsgraad in de stalen behuizing ongeveer 97% tot 98,5%. Hierbij moet rekening worden gehouden met de terugslag van het poolstuk en de mate van vloeistofpenetratie tijdens het latere injecteren. Het montageproces van de toplaag is hetzelfde als bij de onderlaag voor de bovenlaag. De omgevingstemperatuur in de werkplaats moet ≤23℃ zijn en het dauwpunt ≤-40℃.

RollendEen soldeerpen (meestal van koper of een legering) wordt in het midden van de soldeerkern gestoken. Veelgebruikte soldeerpennen hebben een diameter van 2,5 x 1,6 mm. De soldeersterkte van de negatieve elektrode moet minimaal 12 N zijn om te voldoen aan de eisen. Een te lage soldeersterkte kan leiden tot virtueel solderen en een te hoge interne weerstand. Een te hoge soldeersterkte kan de nikkellaag op de stalen behuizing beschadigen, wat resulteert in slechte soldeerverbindingen en risico's zoals roest en lekkage. Het doel van het walsen van de groef is om de opgerolde batterijkern trillingsvrij in de behuizing te fixeren. Bij de productie van deze lithiumbatterij moet speciale aandacht worden besteed aan de afstemming van de transversale extrusiesnelheid en de longitudinale perssnelheid. Dit voorkomt dat de behuizing wordt doorgesneden bij een te hoge transversale snelheid, waardoor de nikkellaag van de groef loslaat, de hoogte van de groef wordt beïnvloed en de afdichting wordt aangetast. Het is noodzakelijk om te controleren of de proceswaarden voor groefdiepte, groefverlenging en groefhoogte voldoen aan de normen (door middel van praktische en theoretische berekeningen). Gangbare freesmaten zijn 1,0, 1,2 en 1,5 mm. Nadat het walsen van de groeven is voltooid, moet de gehele machine opnieuw worden gevacuümd om metaalresten te verwijderen. De vacuümgraad moet ≤ -0,065 MPa zijn en de vacuümtijd 1 tot 2 seconden. De omgevingstemperatuur in deze werkplaats moet ≤ 23 °C zijn en het dauwpunt ≤ -40 °C. Na het walsen en groeven van de cilindrische batterijplaten is het volgende productieproces van lithiumbatterijen van groot belang: het bakken. Tijdens de productie van batterijcellen wordt een bepaalde hoeveelheid vocht geïntroduceerd. Als het vocht niet tijdig binnen de norm kan worden gehouden, zullen de prestaties en de veiligheid van de batterij ernstig worden beïnvloed. Over het algemeen wordt hiervoor een automatische vacuümoven gebruikt. Schik de te bakken cellen netjes, plaats het droogmiddel in de oven, stel de parameters in en verhoog de temperatuur tot 85 °C (lithium-ijzerfosfaatbatterijen als voorbeeld). Hieronder volgen de bakstandaarden voor verschillende specificaties van batterijcellen:

VloeistofinjectieHet productieproces van lithiumbatterijen begint met het testen van de vochtigheid van de gebakken batterijcellen. Pas nadat aan de gestelde eisen is voldaan, kan de volgende stap worden gezet: het injecteren van de elektrolyt. De gebakken batterijen worden snel in een vacuümhandschoenkast geplaatst, gewogen en het gewicht genoteerd. Vervolgens wordt de injectiebeker geplaatst en de voorgeschreven hoeveelheid elektrolyt toegevoegd (meestal wordt een test met vloeistofonderdompeling uitgevoerd: de batterij wordt in het midden van de beker geplaatst). De batterijkern wordt in de elektrolyt geplaatst en gedurende een bepaalde tijd ondergedompeld. De maximale vloeistofabsorptiecapaciteit van de batterij wordt getest (meestal wordt de vloeistof aangevuld volgens het experimentele volume). De batterij wordt in een vacuümkast geplaatst (vacuümgraad ≤ -0,09 MPa) om de penetratie van de elektrolyt in de elektrode te versnellen. Na enkele cycli worden de batterijonderdelen verwijderd en gewogen. Er wordt berekend of het injectievolume voldoet aan de ontwerpwaarde. Indien het te weinig is, moet er worden bijgevuld. Indien er te veel is, wordt het overtollige volume afgegoten totdat aan de ontwerpvereisten is voldaan. De omgeving van de handschoenkast vereist een temperatuur van ≤23℃ en een dauwpunt van ≤-45℃.

LassenTijdens het productieproces van deze lithiumbatterij moet de batterijkap vooraf in de handschoenkast worden geplaatst. Bevestig de batterijkap met één hand op de onderste mal van de ultrasone lasmachine, terwijl u met de andere hand de batterijkern vasthoudt. Lijn de positieve pool van de batterijcel uit met de aansluitnok van de kap. Nadat u hebt gecontroleerd of de positieve pool is uitgelijnd met de aansluitnok van de kap, plaatst u de ultrasone lasmachine. Druk vervolgens op de voetschakelaar van de lasmachine. Controleer daarna de batterij grondig om het lasresultaat van de soldeerlipjes te controleren.

Controleer of de soldeerlipjes goed zijn uitgelijnd.

Trek voorzichtig aan het soldeerlipje om te controleren of het los zit.

Batterijen waarvan het batterijdeksel niet goed vastgelast is, moeten opnieuw vastgelast worden.