Manual completo para el proceso de producción de baterías de litio.

Manual completo para el proceso de producción de baterías de litio.

Las baterías de iones son un sistema complejo que incluye electrodo positivo, electrodo negativo, separador, electrolito, colector y aglutinante de corriente, agente conductor, etc. Las reacciones involucradas incluyen reacciones electroquímicas de electrodos positivos y negativos, conducción de electrones y iones de litio, y difusión de calor. El proceso de producción de baterías de litio es relativamente largo e implica más de 50 procesos.

Las baterías de litio se pueden dividir en baterías cilíndricas, baterías cuadradas y baterías blandas según su forma, con ciertas diferencias en los procesos de producción. Sin embargo, en general, el proceso de fabricación de baterías de litio se puede dividir en el proceso frontal (fabricación de electrodos), el proceso intermedio (síntesis de células) y el proceso posterior (formación y empaquetado). Debido a los altos requisitos de rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio, existen requisitos extremadamente altos para la precisión, estabilidad y nivel de automatización de los equipos de iones de litio en el proceso de fabricación de baterías.

El equipo de batería de litio es un equipo de proceso que utiliza procesos ordenados para fabricar materias primas como materiales de electrodos positivos y negativos, materiales separadores y electrolitos. Los equipos de baterías de litio tienen un impacto significativo en el rendimiento y el costo de las baterías de litio y son uno de los factores determinantes. Según los diferentes flujos de proceso, los equipos de baterías de litio se pueden dividir en equipos de front-end, equipos de etapa intermedia y equipos de back-end. En la línea de producción de baterías de litio, el valor de los equipos de front-end, mid-stage y back-end representa aproximadamente 4:3:3.

El objetivo de producción del proceso anterior es completar la fabricación de placas de electrodos (positivos y negativos). El proceso principal de la etapa anterior incluye mezclar, recubrir, enrollar, cortar, rebanar y troquelar. El equipo involucrado incluye principalmente: mezcladora, máquina recubridora, prensa de rodillos, máquina cortadora, máquina rebanadora, máquina troqueladora, etc.

La mezcla de lechada (equipo utilizado: mezclador al vacío) consiste en mezclar los materiales positivos y negativos de la batería de estado sólido de manera uniforme y luego agregar solvente para mezclarlos hasta formar una lechada. La mezcla de lechada es el punto de partida del proceso previo y la base para completar los procesos posteriores de recubrimiento, laminado y otros.

El recubrimiento (equipo utilizado: máquina de recubrimiento) consiste en cubrir uniformemente la suspensión agitada sobre la lámina metálica y secarla para formar placas positivas y negativas. Como eslabón central del proceso anterior, la calidad de ejecución del proceso de recubrimiento afecta profundamente la consistencia, seguridad y vida útil de la batería terminada. Por tanto, la máquina de recubrimiento es el equipo más valioso del proceso anterior.

El prensado con rodillos (equipo utilizado: prensa de rodillos) tiene como objetivo compactar aún más el electrodo recubierto, aumentando así la densidad de energía de la batería. La planitud del electrodo enrollado afecta directamente el efecto de procesamiento del proceso de corte posterior, y la uniformidad de las sustancias activas en el electrodo también afecta indirectamente el rendimiento de la celda de la batería.

La división (equipo utilizado: máquina cortadora) es el proceso de cortar continuamente una bobina ancha de piezas polares en varias piezas estrechas del ancho requerido. La falla por fractura de la placa del electrodo durante el corte es causada por la acción de corte, y la suavidad del borde después del corte (sin rebabas ni pandeo) es la clave para evaluar el rendimiento de la máquina cortadora.

La producción (equipo utilizado: máquina de producción) incluye soldar las orejas de los electrodos de las piezas de electrodos cortadas, aplicar cinta protectora, envolver las orejas de los electrodos con pegamento o utilizar corte por láser para formar las orejas de los electrodos, que pueden usarse para procesos de bobinado posteriores. El troquelado (equipo utilizado: máquina troqueladora) es el proceso de punzonar y formar placas polares recubiertas para procesos posteriores.

El objetivo de producción del proceso intermedio es completar la fabricación de celdas de batería. Existen diferencias en la hoja de ruta tecnológica y el equipo de la línea de producción del proceso medio de diferentes tipos de baterías de litio. La esencia del proceso intermedio es el proceso de ensamblaje, específicamente el ensamblaje ordenado de las placas de electrodos (positivos y negativos) hechas del proceso anterior con el diafragma y el electrolito. Debido a las diferentes estructuras de almacenamiento de energía de las baterías cuadradas (en rollo), cilíndricas (en rollo) y flexibles (en capas), existen diferencias obvias en la hoja de ruta tecnológica y el equipo de la línea de producción de diferentes tipos de baterías de litio en el proceso intermedio. En concreto, los principales procesos de la etapa intermedia de las baterías cuadradas y cilíndricas incluyen el bobinado, la inyección de líquido y el envasado. Los equipos involucrados incluyen principalmente: máquina bobinadora, máquina de inyección de líquido, equipo de envasado (máquina de inserción de carcasas, máquina laminadora de ranuras, máquina selladora, máquina soldadora), etc. El proceso principal de la etapa intermedia de la batería de paquete blando incluye laminación, inyección de líquido y envasado, y el equipo involucrado incluye principalmente máquina de laminación, máquina de inyección de líquido, equipo de envasado, etc.

El bobinado (equipo utilizado: máquina bobinadora) es el proceso de enrollar las placas de electrodos producidas por el proceso de producción o la máquina troqueladora bobinadora en celdas de baterías de iones de litio, que se utilizan principalmente para la producción de baterías de iones de litio cuadradas y circulares. La máquina bobinadora se puede dividir en dos categorías: máquina bobinadora cuadrada y máquina bobinadora cilíndrica, que se utilizan respectivamente para la producción de baterías de litio cuadradas y cilíndricas. En comparación con el bobinado cilíndrico, el proceso de bobinado cuadrado tiene mayores requisitos de control de tensión, por lo que la dificultad técnica de la máquina bobinadora cuadrada es mayor.

La laminación (equipo utilizado: máquina laminadora) es el proceso de apilar placas de electrodos individuales producidas durante el proceso de troquelado en celdas de baterías de iones de litio, que se utilizan principalmente para la producción de baterías blandas. En comparación con las celdas cuadradas y cilíndricas, las celdas blandas tienen ventajas significativas en cuanto a densidad de energía, seguridad y rendimiento de descarga. Sin embargo, la realización de una única tarea de apilamiento por parte de una máquina laminadora implica múltiples subprocesos en paralelo y una colaboración de mecanismos complejos, y mejorar la eficiencia del apilamiento requiere abordar problemas complejos de control dinámico; La velocidad de la máquina bobinadora está directamente relacionada con la eficiencia del bobinado y los medios para mejorar la eficiencia son relativamente simples. En la actualidad, existe una brecha en la eficiencia de producción y el rendimiento entre las células laminadas y las células enrolladas.

La máquina de inyección de líquido (equipo utilizado: máquina de inyección de líquido) se utiliza para inyectar cuantitativamente el electrolito de la batería en la celda.

El envasado de células (utilizando equipos como una máquina de inserción de carcasas, una máquina laminadora de ranuras, una máquina de sellado y una máquina de soldar) implica colocar el núcleo de la bobina en la carcasa de la célula.

El objetivo productivo de la última etapa del proceso es completar la transformación en embalaje. A partir de la etapa intermedia, se ha formado la estructura funcional de la celda de la batería de litio, y la importancia de la última etapa es activarla, someterse a pruebas, clasificación y ensamblaje, y formar un producto de batería de litio seguro y estable. Los principales procesos de la última etapa del proceso incluyen: formación, separación, prueba, clasificación, etc. Los equipos involucrados incluyen principalmente: motores de carga y descarga, equipos de prueba, etc.

La formación (utilizando un motor de carga y descarga) es el proceso de activación de la celda de la batería a través de la primera carga, durante la cual se genera una película de pasivación efectiva (película SEI) en la superficie del electrodo negativo para lograr la "inicialización" de la batería de litio. La capacidad dividida (equipo usado: motor de carga y descarga), también conocida como "análisis de capacidad", se refiere al proceso de carga y descarga de la celda de batería convertida de acuerdo con los estándares de diseño para medir la capacitancia de la celda de la batería. El proceso de carga y descarga de la celda de la batería pasa por el proceso de formación y separación de capacitancia, por lo que el motor de carga y descarga es el equipo de núcleo trasero más utilizado. La unidad mínima de trabajo de un motor de carga y descarga es el "canal". Una "unidad" (BOX) se compone de varios "canales" y varias "unidades" se combinan para formar un motor de carga y descarga.

Las pruebas (equipo utilizado: equipo de prueba) deben realizarse antes y después de la carga, descarga y reposo; La clasificación se refiere a la clasificación y selección de baterías que se han formado y dividido de acuerdo con ciertos estándares en función de los resultados de la detección. La importancia del proceso de detección y clasificación no es solo eliminar productos no calificados, sino también porque en aplicaciones prácticas de baterías de iones de litio, las celdas a menudo se combinan en paralelo o en serie. Por lo tanto, seleccionar celdas con rendimiento similar puede ayudar a lograr el rendimiento general óptimo de la batería.

La producción de baterías de litio no se puede separar de los equipos de producción de baterías de litio. Además de los materiales utilizados en la propia batería, el proceso de fabricación y el equipo de producción son factores importantes que determinan el rendimiento de la batería. En los primeros días, los equipos de baterías de litio de China dependían principalmente de las importaciones. Después de varios años de rápido desarrollo, las empresas chinas de equipos de baterías de litio han superado gradualmente a las empresas de equipos japonesas y coreanas en términos de tecnología, eficiencia, estabilidad y otros aspectos, y tienen ventajas en rentabilidad, mantenimiento posventa y otros aspectos. En la actualidad, se ha formado un grupo de empresas nacionales de equipos de baterías de litio que se ha convertido en una tarjeta de presentación para que los equipos de alta gama de China ingresen al mercado internacional. Con la alianza vertical y la expansión en el extranjero de los líderes en baterías de litio, los equipos de baterías de litio se han beneficiado de la expansión downstream y han marcado el comienzo de un nuevo período de oportunidades de rápido crecimiento.