Процесс производства литий-ионных аккумуляторов включает сборку нескольких ячеек в защитном кожухе или оболочке и снабжение их клеммами. Металлические язычки, прикрепленные к анод и катод пластины соединяют пластины и клеммы.

Каждая ячейка имеет положительный и отрицательный электрод, физически разделенные сепаратором и заполненные электролитом. Эти элементы тонкие и гибкие; вы можете скрутить их вместе практически в любую мыслимую форму.

Материалы, из которых состоят анод, катод, сепаратор и электролит, различаются в зависимости от типа батареи. Анод обычно представляет собой углеродный материал и обычно графит, но иногда может быть металлическим литием или кремнием.

Катод представляет собой соединение лития-металла, например, литий-кобальт или оксид марганца. Сепаратор обычно представляет собой полимер, такие как полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП).

Литиевая соль, растворенная в органическом растворителе, создает электролит с добавлением нескольких других ингредиентов. Большие батареи также будут иметь модуль управления батареей. Он содержит электронику для регулирования работы батареи. Ниже мы рассмотрим фактические этапы производства литиевых батарей.

Процесс производства литиевых аккумуляторов

Производство литиевых аккумуляторов состоит из следующих основных этапов: подготовка электродов, производство ячеек, сборка и этап отделки или формирования. Каждый этап имеет ряд подэтапов, многие из которых автоматизированы. Давайте посмотрим, что происходит на каждом этапе.

1. Подготовка электродов

Процесс изготовления литиевой батареи начинается с изготовления электродов (катода и анода) путем смешивания исходных материалов, используемых для их покрытия. Электрод представляет собой тонкую пленку металла: алюминиевая фольга для катода и медная фольга для анода.

Смешивание и нанесение покрытия на пульпу

• Смеситель смешивает различные порошки, чтобы получить суспензию.
  
• Активным материалом для анода в основном является графит
  
• В качестве катода обычно используют литиевое соединение.
  
• Другие ингредиенты включают проводящие материалы, растворители и связующие вещества.
  
• Полученную суспензию с помощью аппликатора наносят на медную и алюминиевую фольгу.
  

Сушка и каландрирование

• Покрытые фольги сушатся путем нагревания для испарения растворителя.
  
• После сушки листы охлаждают до комнатной температуры.
  
• Затем их выгружают и очищают с помощью воздуха или специальных щеток.
  
• Процесс каландрирования уплотняет покрытые листы и изменяет их свойства.
  
• Фольга проходит между двумя роликами под определенным давлением.
  
• Величина давления определяет пористость покрытия и другие свойства, такие как текстура поверхности и прочность сцепления с фольгой.
  

Очистка и резка

• Электроды теперь очищаются от примесей.
  
• После очистки они подаются в машину или на станцию продольной резки.
  
• Машина оснащена роликовыми ножами, которые режут фольгу на узкие полоски.
  
• Продольная резка может также включать технологию лазерной резки.
  
• После резки фольга очищается от отходов резки.
  
• Затем их помещают в вакуумную печь.
  
• Здесь их нагревают для удаления влаги и остатков растворителя.
  
• Процесс сушки может занять около 12 часов и потребовать температуры до 150 °C.
  

2. Сборка клеток

На этом этапе производитель изготавливает отдельные элементы, вставляя разделитель между катодными и анодными листами, а затем укладывая или наматывая их. Укладывая друг на друга, получаются пакетные батареи, а наматывание используется для цилиндрических и призматических типов. В процессе производства элементов батареи участвуют следующие этапы.

Вставка сепаратора

• Сепаратор размещается между медными и алюминиевыми листами.
  
• Это образует полную ячейку с положительными и отрицательными электродами.
  
• Несколько таких листов создадут стопки ячеек или обмотки.
  

Укладка и намотка

• Чтобы сделать ячейку для пакетных батарей, листы электродов разрезаются на точные размеры. Затем роботизированная рука помещает листы один на другой
  
• Для намотки ячеек сепаратор и электродные листы складываются вокруг намоточной оправки или центрального штифта.
  

Сварка клемм и выводов

• Наконец, элементы помещаются в корпус батареи, который обычно представляет собой сумку или футляр.
  
• Теперь, когда ячейки собраны, следующим шагом будет присоединение выводов к медным и алюминиевым токосъемникам.
  
• Выступы привариваются к токосъемникам (фольгам) либо ультразвуковая или лазерная сварка
  
• Затем конструкцию герметизируют сваркой, оставляя отверстие для заливки электролита.
  

Заполнение электролитом

• Собранную батарею теперь отвозят в сухое помещение для заливки электролита.
  
• Электролит, литиевая соль, вводится в аккумулятор с помощью высокоточного наконечника или иглы.
  
• Клетки поглощают электролит с помощью капиллярное действие
  
• Корпус запечатан под вакуумом и промаркирован для последней стадии процесса производства аккумулятора.
  
• На этом этапе ячейки-мешки можно свернуть еще раз, чтобы обеспечить правильное распределение и всасывание электролита.
  

3. Формирование и завершение клеток

Формирование ячеек является заключительным этапом процесса производства ячеек. Оно подготавливает ячейки к работе в реальном мире и включает начальные этапы зарядки и разрядки. Оно также включает процедуру старения и тестирование для подтверждения требуемых спецификаций.

Первоначальная зарядка и разрядка

• Аккумуляторы заряжаются и разряжаются точно при определенных уровнях тока и напряжения.
  
• Зарядка приводит к размещению ионов лития в графитовой структуре анода, создавая интерфейс твердого электролита (SEI) слой
  

дегазация

• В процессе зарядки выделяется газ, если аккумуляторы имеют карманный тип.
  
• Чтобы выгнать его, мешочки прокалывают в вакууме.
  
• Всасывающий насос удаляет газ, и пакет снова запечатывается, оставаясь под вакуумом.
  

Старение

• Выполнение этого последнего шага может занять до трех недель.
  
• Аккумуляторы заряжаются на 80–100 % и размещаются на полках или в шкафах.
  
• Затем их подвергают нормальному (22°C) и высокотемпературному (30°C-50°C) старению.
  
• На обоих этапах производитель регулярно измеряет напряжение холостого хода.
  
• Не должно быть никаких существенных изменений в измерениях.
  

Инспекция и тестирование

• Готовые батареи в конечном итоге проходят этап визуального осмотра и тестирования.
  
• Проводятся различные испытания, включая импульсные испытания, испытания на герметичность и т. д.
  
• Проводятся различные измерения для проверки зарядной емкости, внутреннего сопротивления и т. д.
  
• Ячейки также разряжаются до стандартного уровня заряда (от 5% до 20%).
  
• Наконец, батареи подвергаются финальной обработке и упаковываются в коробки для отправки.

                            Машина для производства литиевых батарей