В связи с быстрым развитиемлитиевая батареяВ промышленности, по мере расширения сферы применения литиевых батарей, их роль в жизни и работе становится все более важной. Что касается производственного процесса литиевых батарей на заказ, то он включает в себя следующие этапы: подготовка компонентов, нанесение покрытия, формовка, намотка, литье, прокатка, сушка, впрыск жидкости, сварка и т.д. Ниже представлены ключевые моменты производственного процесса литиевых батарей. Состав положительного электрода. Положительный электрод литиевых батарей состоит из активных материалов, проводящих агентов, клеев и т.д. Сначала проводится проверка и сушка сырья. Как правило, проводящий агент необходимо спекать при температуре ≈120℃ в течение 8 часов, а клей PVDF — при температуре ≈80℃ в течение 8 часов. Необходимость сушки активных материалов (LFP, NCM и т.д.) зависит от состояния сырья. В настоящее время в цехах по производству литиевых батарей обычно требуется температура ≤40℃ и влажность ≤25% относительной влажности. После завершения сушки необходимо заранее подготовить клей PVDF (растворитель PVDF, раствор NMP). Качество клея PVDF имеет решающее значение для внутреннего сопротивления и электрических характеристик батареи. Факторы, влияющие на нанесение клея, включают температуру и скорость перемешивания. Чем выше температура, тем сильнее пожелтение клея, что повлияет на адгезию. Слишком высокая скорость перемешивания может привести к повреждению клея. Конкретная скорость вращения зависит от размера дисперсионного диска. Как правило, линейная скорость вращения дисперсионного диска составляет 10-15 м/с (в зависимости от оборудования). В это время необходимо включить циркуляцию воды в смесительном резервуаре, а температура должна быть ≤30 °C.

Добавляйте катодную суспензию порциями. На этом этапе необходимо соблюдать порядок добавления материалов. Сначала добавьте активный материал и проводящий агент, медленно перемешивая, затем добавьте клей. Время и соотношение подачи также должны строго соответствовать технологическому процессу производства литиевых батарей. Во-вторых, скорость вращения и скорость вращения оборудования должны строго контролироваться. Как правило, линейная скорость диспергирования должна быть выше 17 м/с. Это зависит от характеристик устройства. У разных производителей эти параметры сильно различаются. Также необходимо контролировать вакуум и температуру смешивания. На этом этапе необходимо регулярно контролировать размер частиц и вязкость суспензии. Размер частиц и вязкость тесно связаны с содержанием твердых веществ, свойствами материала, последовательностью подачи и технологическим процессом производства литиевых батарей. В настоящее время традиционный процесс требует температуры ≤30℃, влажности ≤25% относительной влажности и степени вакуума ≤-0,085 МПа. Перенесите суспензию в резервуар для перекачки или в покрасочный цех. После извлечения суспензии её необходимо просеять. Цель состоит в фильтрации крупных частиц, осаждении и удалении ферромагнитных и других веществ. Крупные частицы могут повлиять на покрытие и вызвать чрезмерный саморазряд батареи или риск короткого замыкания; слишком большое количество ферромагнитного материала в суспензии может привести к чрезмерному саморазряду батареи и другим дефектам. Требования к процессу производства литиевых батарей следующие: температура ≤ 40 °C, влажность ≤ 25 % относительной влажности, размер ячейки сита ≤ 100 меш, размер частиц ≤ 15 мкм.

Отрицательный электродИнгредиенты. Отрицательный электрод литиевой батареи состоит из активного материала, проводящего агента, связующего вещества и диспергатора. Сначала необходимо определить сырье. Традиционная анодная система использует процесс смешивания на водной основе (растворителем является деионизированная вода), поэтому особых требований к сушке сырья нет. В процессе производства литиевых батарей требуется, чтобы проводимость деионизированной воды составляла ≤1 мкс/см. Требования к цеху: температура ≤40℃, влажность ≤25% относительной влажности. Приготовление клея. После определения сырья необходимо сначала приготовить клей (состоящий из КМЦ и воды). На этом этапе графит C и проводящий агент заливают в миксер для сухого смешивания. Рекомендуется не использовать вакуум или циркуляцию воды, так как частицы экструдируются, растираются и нагреваются во время сухого смешивания. Скорость вращения должна быть низкой, 15–20 об/мин, цикл измельчения и соскабливания — 2–3 раза, интервал времени — ≈15 мин. Влейте клей в миксер и начните вакуумирование (≤-0,09 МПа). Дважды отожмите резину на низкой скорости 15–20 об/мин, затем отрегулируйте скорость (низкая скорость 35 об/мин, высокая скорость 1200–1500 об/мин) и перемешивайте в течение 15–60 минут в зависимости от процесса, используемого производителем. Наконец, вылейте SBR в блендер. Рекомендуется перемешивание на низкой скорости, так как SBR — это длинноцепочечный полимер. Если скорость вращения слишком высока в течение длительного времени, молекулярная цепь легко разорвется и потеряет активность. Рекомендуется перемешивать на низкой скорости 35–40 об/мин и высокой скорости 1200–1800 об/мин в течение 10–20 минут. Проверьте вязкость (2000–4000 мПа·с), размер частиц (35 мкм≤), содержание твердых веществ (40–70%), степень вакуумирования и размер ячейки сита (≤100 меш). Конкретные параметры процесса будут варьироваться в зависимости от физических свойств материала и процесса смешивания. В цехе требуется температура ≤30℃ и влажность ≤25% относительной влажности. Нанесение катодного покрытия. Процесс производства литиевых батарей подразумевает экструзию или распыление катодной суспензии на поверхность AB алюминиевого токосъемника с плотностью покрытия ≈20–40 мг/см² (для трехкомпонентных литиевых батарей). Температура печи обычно выше 4–8 узлов, а температура обжига каждой секции регулируется в диапазоне от 95°C до 120°C в соответствии с фактическими потребностями, чтобы избежать поперечных трещин и стекания растворителя во время обжига. Соотношение скоростей роликов для нанесения покрытия составляет 1,1–1,2, а зазор между слоями уменьшается на 20–30 мкм, чтобы избежать чрезмерного уплотнения в месте нанесения покрытия из-за образования «хвостов» во время циклической работы батареи, что может привести к осаждению лития. Влажность покрытия ≤2000–3000 ppm (в зависимости от материала и процесса). Температура положительного электрода в цехе составляет ≤30℃, а влажность — ≤25%. Схема представлена ​​ниже: Схема нанесения покрытия на ленту.

Онпроизводство литий-ионных батарейпроцесспокрытие отрицательного электродаЭто процесс экструзии или распыления суспензии отрицательного электрода на поверхность AB медного токосъемника. Плотность на одной поверхности составляет ≈ 10–15 мг/см². Температура печи для нанесения покрытия обычно составляет 4–8 секций (или более), а температура запекания в каждой секции составляет 80–105 °C. Она может регулироваться в соответствии с фактическими потребностями для предотвращения образования трещин при запекании и поперечных трещин. Соотношение скоростей передающих роликов составляет 1,2–1,3, зазор между роликами составляет 10–15 мкм, концентрация краски ≤3000 ppm, температура отрицательного электрода в цехе ≤30 °C, а влажность ≤25%. После высыхания положительного покрытия положительной пластины необходимо выполнить выравнивание барабана в течение технологического времени. Ролик используется для уплотнения электродного листа (масса наполнителя на единицу объема). В настоящее время в процессе производства литиевых батарей используются два метода прессования положительного электрода: горячее и холодное прессование. По сравнению с холодным прессованием, горячее прессование обеспечивает более высокую плотность уплотнения и меньшую степень отскока. Однако процесс холодного прессования относительно прост, удобен в эксплуатации и управлении. Основное оборудование вальцового станка предназначено для достижения следующих технологических параметров: плотности уплотнения, степени отскока и удлинения. При этом следует отметить, что на поверхности заготовки не допускаются хрупкие стружки, твердые комки, отслоившийся материал, волнистые края и т. д., а также разрывы в зазорах. В это время температура окружающей среды в цехе: ≤23℃, влажность: ≤25%. Истинная плотность современных традиционных материалов:

Наиболее часто используемый метод уплотнения:

Скорость отскока: общий отскок 2-3 мкм

Удлинение: толщина листа положительного электрода обычно составляет приблизительно 1,002.

После завершения прокатки положительного электрода следующим шагом является разделение всей заготовки электрода на небольшие полоски одинаковой ширины (соответствующей высоте батареи). При резке следует обращать внимание на заусенцы на полюсных наконечниках. Необходимо провести всестороннюю проверку полюсных наконечников на наличие заусенцев в направлениях X и Y с помощью двухмерного оборудования. Длина продольного заусенца в процессе обработки Y ≤ 1/2 толщины диафрагмы H. Температура окружающей среды в цехе должна быть ≤ 23℃, а точка росы — ≤ -30℃. Процесс изготовления листов отрицательного электрода для литиевых батарей аналогичен процессу изготовления листов положительного электрода, но отличается технологическим решением. Температура окружающей среды в цехе должна быть ≤ 23℃, а влажность — ≤ 25%. Истинная плотность распространенных материалов отрицательного электрода:

Обычно используемая технология уплотнения отрицательного электрода: Коэффициент отскока: Обычно отскок составляет 4-8 мкм. Удлинение: Положительная пластина обычно ≈ 1,002. Процесс производства положительного электрода литиевой батареи аналогичен процессу снятия положительного электрода, и в обоих случаях необходимо контролировать образование заусенцев в направлениях X и Y. Температура окружающей среды в цехе должна быть ≤23℃, а точка росы — ≤-30℃. После того, как положительная пластина готова к снятию, ее необходимо высушить (120 °C), а затем приварить алюминиевый лист и упаковать. В ходе этого процесса необходимо учитывать длину контактов и ширину формовки. На примере конструкции **650 (например, батареи 18650) конструкция с открытыми контактами в основном предназначена для обеспечения разумного взаимодействия катодных контактов во время сварки колпачка и канавки. Если контакты контактных площадок остаются открытыми слишком долго, во время процесса прокатки может легко произойти короткое замыкание между контактными площадками и стальным корпусом. Если контактная площадка слишком короткая, колпачок невозможно припаять. В настоящее время существует два типа ультразвуковых сварочных головок: линейные и точечные. В отечественных технологиях в основном используются линейные сварочные головки из-за соображений защиты от перегрузки по току и прочности сварки. Кроме того, для покрытия контактных площадок используется высокотемпературный клей, главным образом для предотвращения риска короткого замыкания, вызванного металлическими заусенцами и металлическими обломками. Температура окружающей среды в цехе должна быть ≤23℃, точка росы — ≤-30℃, а содержание влаги в катоде — ≤500-1000 ppm.

Подготовка негативных пластинОтрицательную пластину необходимо просушить (105-110 °C), затем приварить никелевые листы и упаковать. Также необходимо учитывать длину контактной площадки и ширину формовки. Температура окружающей среды в цехе должна быть ≤23 °C, точка росы — ≤-30 °C, а влажность отрицательного электрода — ≤500-1000 ppm. Намотка заключается в намотке сепаратора, листа положительного электрода и листа отрицательного электрода в железный сердечник с помощью намоточной машины. Принцип заключается в обмотке положительного электрода отрицательным электродом, а затем разделении положительного и отрицательного электродов с помощью сепаратора. Поскольку отрицательный электрод в традиционной системе является управляющим электродом в конструкции батареи, его емкость выше, чем у положительного электрода, так что во время формовой зарядки ионы Li+ положительного электрода могут накапливаться в «пустотах» отрицательного электрода. При намотке необходимо уделять особое внимание натяжению намотки и расположению полюсных наконечников. Слишком малое натяжение намотки повлияет на внутреннее сопротивление и скорость установки корпуса. Чрезмерное натяжение может привести к риску короткого замыкания или сколов. Выравнивание относится к относительному положению отрицательного электрода, положительного электрода и сепаратора. Ширина отрицательного электрода составляет 59,5 мм, положительного электрода — 58 мм, а сепаратора — 61 мм. Во время воспроизведения все три элемента выравниваются, чтобы избежать риска короткого замыкания. Натяжение обмотки обычно составляет 0,08–0,15 МПа для положительного полюса, 0,08–0,15 МПа для отрицательного полюса, 0,08–0,15 МПа для верхней диафрагмы и 0,08–0,15 МПа для нижней диафрагмы. Конкретные настройки зависят от оборудования и процесса. Температура окружающей среды в этом цехе составляет ≤23℃, точка росы — ≤-30℃, а содержание влаги — ≤500–1000 ppm.

Перед установкой аккумуляторного блока в корпус необходимо провести высоковольтное испытание при напряжении 200–500 В (для проверки отсутствия короткого замыкания высоковольтной батареи), а также вакуумную обработку для контроля запыленности. Три основных фактора, влияющих на состояние литиевых батарей, — это влажность, заусенцы и пыль. После завершения предыдущих этапов вставьте нижнюю прокладку в нижнюю часть аккумуляторного блока, согните лист положительного электрода так, чтобы его поверхность была обращена к отверстию для намотки аккумуляторного блока, и, наконец, вертикально вставьте его в стальной или алюминиевый корпус. В качестве примера рассмотрим батарею типа 18650, внешний диаметр ≈ 18 мм + высота ≈ 71,5 мм. Когда площадь поперечного сечения намотанного сердечника меньше, чем внутренняя площадь поперечного сечения стального корпуса, процент вставки в стальной корпус составляет приблизительно 97–98,5%. Это связано с необходимостью учитывать величину отскока полюсного наконечника и степень проникновения жидкости при последующей установке. Процесс аналогичен процессу укладки поверхностного слоя и включает в себя монтаж верхнего подложечного слоя. Температура окружающей среды в мастерской должна быть ≤23℃, а точка росы — ≤-40℃.

КатящийсяВ середину сердечника батареи вставляется паяльный штифт (обычно из меди или сплава). Обычно используются паяные штифты диаметром Φ2,5*1,6 мм, а прочность пайки отрицательного электрода должна быть ≥12 Н для соответствия требованиям. Если она слишком низкая, это легко может привести к образованию пайки с дефектами и чрезмерному внутреннему сопротивлению. Если она слишком высокая, легко может отслоиться никелевый слой с поверхности стального корпуса, что приведет к образованию паяных соединений и скрытым опасностям, таким как ржавчина и протечки. Проще говоря, канавка для пайки предназначена для фиксации намотанного сердечника батареи на корпусе без вибрации. В процессе производства этой литиевой батареи следует уделять особое внимание согласованию скорости поперечной экструзии и скорости продольного прессования, чтобы избежать слишком высокой скорости поперечной резки корпуса, так как при слишком высокой скорости продольного прессования никелевый слой в канавке может отслоиться, а высота канавки может повлиять на герметичность. Необходимо проверить соответствие параметров процесса (глубины, протяженности и высоты канавки) стандартам (путем практических и теоретических расчетов). Обычно используются фрезы диаметром 1,0, 1,2 и 1,5 мм. После завершения прокатки канавки необходимо повторно вакуумировать всю машину, чтобы избежать попадания металлических частиц. Степень вакуума должна быть ≤-0,065 МПа, а время вакуумирования — 1–2 с. Требования к температуре окружающей среды в цехе: ≤23℃, точка росы ≤-40℃. После прокатки и нарезки канавки цилиндрических пластин батарей следующий очень важный этап производства литиевых батарей — это сушка. В процессе производства батарейных элементов в них вводится определенное количество влаги. Если влажность не удается своевременно контролировать в пределах стандартного диапазона, это серьезно сказывается на производительности и безопасности батареи. Обычно для сушки используется автоматическая вакуумная печь. Аккуратно расположите элементы, подлежащие запеканию, поместите осушитель в печь, установите параметры и повысьте температуру до 85°C (в качестве примера возьмем литий-железо-фосфатные батареи). Ниже приведены стандарты запекания для нескольких различных типов аккумуляторных элементов:

Впрыск жидкостиПроцесс производства литий-ионных батарей включает в себя проверку влажности обожженных элементов. Только после достижения предыдущих стандартов обжига можно переходить к следующему этапу: впрыскиванию электролита. Обожженные батареи быстро помещают в вакуумный перчаточный бокс, взвешивают и записывают вес, устанавливают инжекционную чашку и добавляют в нее заданное количество электролита (обычно проводится испытание батареи в погруженном в жидкость состоянии: батарею помещают в середину чашки). Ядро батареи погружают в электролит, выдерживают в течение определенного времени, проверяют максимальную емкость батареи по поглощению жидкости (обычно заполняют жидкостью в соответствии с экспериментальным объемом), помещают в вакуумную камеру для создания вакуума (степень вакуума ≤ -0,09 МПа) и ускоряют проникновение электролита в электрод. После нескольких циклов извлекают элементы батареи и взвешивают их. Рассчитывают, соответствует ли объем впрыска заданному значению. Если он меньше, необходимо долить. Если слишком много, просто сливают излишки до достижения заданных параметров. В условиях перчаточного бокса необходимо поддерживать температуру ≤23℃ и точку росы ≤-45℃.

СваркаВ процессе изготовления литиевых батарей крышку батареи следует заранее поместить в перчаточный бокс, закрепить ее одной рукой на нижней части сварочного аппарата, а другой рукой удерживать саму батарею. Положительный контакт элемента батареи должен совпадать с клеммой крышки. После подтверждения совпадения положительного контакта с клеммой крышки, следует включить ультразвуковой сварочный аппарат. Затем следует нажать на ножной переключатель сварочного аппарата. После этого необходимо тщательно осмотреть батарейный блок, чтобы проверить качество пайки контактов.

Проверьте, выровнены ли контактные площадки для пайки.

Слегка потяните за контактную площадку, чтобы проверить, не ослабло ли она.

Батареи, крышка которых плохо приварена, необходимо переварить.