Herstellung von Lithiumbatterien – Front-End-Prozess
Einführung: Grundkenntnisse zur Lithiumbatterie
1. Grundaufbau einer Lithiumbatterie
Hauptmaterialien: positive Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt, Diaphragma
Struktur: rund, quadratisch; laminiert, gewunden
Form: Polymer (flexible Verpackung), flüssiges Lithium-Ionen-Akkumulator (Stahlhülle)
2. So funktionieren Lithiumbatterien
Positives Material: LiMn2O4, negatives Material: Graphit
Während des Ladens laufen das Li+ in der positiven Elektrode und das Li+ im Elektrolyt zur negativen Elektrode zusammen, um Elektronen zu erhalten, die zu Li reduziert werden, das im Kohlenstoffmaterial der negativen Elektrode eingebettet ist. Während des Entladens verliert das im negativen Kohlenstoffmaterial eingebettete Li Elektronen und gelangt in den Elektrolyten, und das Li+ im Elektrolyt bewegt sich zur positiven Elektrode.
3. Prinzip der Zusammensetzung einer Lithiumbatterie
Aufbau der positiven Elektrode:
LiMn2O4 (Lithiummanganat) + Leitfähigkeitsmittel (Acetylenruß) + Klebstoff (PVDF) + Flüssigkeitssammler (Aluminiumfolie) positive Elektrode
Aufbau der negativen Elektrode:
Graphit + Leitfähigkeitsmittel (Acetylenruß) + Klebstoff (PVDF) + Flüssigkeitssammler (Kupferfolie) negative Elektrode
4. Ladevorgang
Die Stromversorgung lädt die Batterie auf, zu diesem Zeitpunkt läuft das Elektron e an der positiven Elektrode durch den externen Stromkreis zur negativen Elektrode, und das positive Lithiumion Li+"Sprünge"in den Elektrolyten von der positiven Elektrode,"Anstiege"durch das gebogene kleine Loch in der Membran und"schwimmt"zur negativen Elektrode und die längst übergelaufenen Elektronen werden vereint.
Die Reaktion an der positiven Elektrode ist LiMn2O4 ==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(Elektron).
Die Reaktion an der negativen Elektrode ist 6C+XLi+Xe==LixC6
5. Entladevorgang
Die Batterie entlädt sich, zu diesem Zeitpunkt läuft das Elektron e an der negativen Elektrode durch den externen Stromkreis zur positiven Elektrode, und das positive Lithiumion Li+"Sprünge"in den Elektrolyten von der negativen Elektrode,"Anstiege"durch das gebogene kleine Loch auf der Membran,"schwimmt"zur positiven Elektrode und verbindet sich mit den längst übergelaufenen Elektronen.
Die Reaktion an der positiven Elektrode ist Li1-xMn2O4+xli++xe(Elektron) ==LiMn2O4
Die an der negativen Elektrode stattfindende Reaktion ist LixC6 == 6C+xLi+xe
6. Prozessablauf Lithium-Ionen-Batterie:
Vorderer Bereich: Mischen, Beschichten, Walzen, Stanzen
Mittelteil: Wicklung, Montage, Spritzguss
Nach Segment: Formation, Partition, Modul
Vorderteil
Das Produktionsziel der vorhergehenden und folgenden Prozesse ist die Fertigstellung der Herstellung von (positiven und negativen) Polstücken. Der Hauptprozess des ersten Schritts ist: Mischen, Beschichten, Walzen, Versenken, Produzieren, Stanzen. Die beteiligte Ausrüstung umfasst hauptsächlich: Mischer, Beschichtungsmaschine, Walzenpresse, Versenkmaschine, Produktionsmaschine, Stanzmaschine usw.
Schlammmischung (verwendete Geräte:Vakuummischer) besteht darin, positive und negative Festkörperbatteriematerialien gleichmäßig zu mischen und Lösungsmittel hinzuzufügen, um sie zu einer Aufschlämmung zu verrühren. Das Mischen der Aufschlämmung ist der Ausgangspunkt des vorherigen Prozesses und die Grundlage für die Durchführung der nachfolgenden Beschichtungs- und Walzprozesse.
1.1 Positives Batching
Die positive Elektrode besteht aus Wirkstoff, Leitfähigkeit und Bindemittel.
1.2Negative Elektrodenbestandteile (Rühren)
Die negative Elektrode besteht aus Aktivmaterial, Leitmittel, Klebstoff und Dispergiermittel.
Beschichtung (verwendete Geräte:Beschichtungsmaschine) ist der Prozess, bei dem die gerührte Aufschlämmung gleichmäßig auf Metallfolie aufgetragen und getrocknet wird, um positive und negative Elektroden herzustellen. Als Kernstück des vorhergehenden Prozesses beeinflusst die Ausführungsqualität des Beschichtungsprozesses maßgeblich die Konsistenz, Sicherheit und Lebensdauer der fertigen Batterie. Daher ist die Beschichtungsmaschine das wertvollste Gerät im vorhergehenden Prozess.
Prinzip der Quetschbeschichtungsmaschine
Wie kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtung einer Lithiumbatterie kontrolliert werden?
Es gibt viele Faktoren, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung beeinflussen, darunter Mensch, Maschine, Material, Methode und Umgebung. Die grundlegenden Faktoren sind jedoch mehrere Bedingungen, die direkt mit dem Beschichtungsprozess zusammenhängen: Beschichtungssubstrat, Klebstoff, Beschichtungsstahl/Gummiwalze und Verbundmaschine.
1) Beschichtungssubstrat: hauptsächlich Material, Oberflächeneigenschaften, Dicke und Gleichmäßigkeit.
2) Klebstoff: bezieht sich hauptsächlich auf seine Arbeitsviskosität, Affinität und Haftung an der Oberfläche des Substrats.
3) Beschichtungsstahlwalze: Sie ist nicht nur der direkte Träger des Klebstoffs, sondern auch der Stützmaßstab für das Beschichtungssubstrat und die Gummiwalze und somit das Herzstück des gesamten Beschichtungsmechanismus. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung wird durch ihre Form- und Positionstoleranzen, Steifigkeit, dynamische und statische Gleichgewichtsqualität, Oberflächenqualität, Temperaturgleichmäßigkeit und thermischen Verformungsbedingungen beeinflusst.
4) Beschichtungswalze: Die Gummiwalze stellt eine wichtige Variable der Beschichtungsqualität dar, und ihr Material (wie etwa die Lebensdauer der Klebeschicht), ihre Härte, ihre Positionstoleranz, ihre Steifigkeit, ihre dynamische und statische Gleichgewichtsqualität, ihre Oberflächenqualität und ihre thermischen Verformungsbedingungen wirken sich ebenfalls auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung aus.
5) Verbundmaschine: Sie stellt die Basisplattform für die Beschichtung dar, die nicht nur die Präzision und Empfindlichkeit des Anpressmechanismus der Stahlwalze und der Gummiwalze umfasst, sondern auch die Konstruktion auf höchste Betriebsgeschwindigkeit und die Gesamtstabilität der Maschine ausgelegt ist.
3. Rollenschneiden(Produktion)
Walzenpressung (verwendete Geräte:Rollenpresse) dient dazu, die beschichtete Elektrode weiter zu verdichten und dadurch die Energiedichte der Batterie zu erhöhen. Die Ebenheit der gerollten Elektrode wirkt sich direkt auf den Verarbeitungseffekt des nachfolgenden Schneidprozesses aus, und die Gleichmäßigkeit des aktiven Materials der Elektrode wirkt sich auch indirekt auf die Leistung der Batteriezelle aus.
Spalten (verwendete Geräte:Schneidemaschine) ist der Prozess des kontinuierlichen Aufschneidens einer breiteren Spule von Polarstücken in mehrere schmale Stücke der gewünschten Breite. Der Bruchversagen des Polarisators während des Schneidens ist auf die Scherwirkung zurückzuführen, und die Glätte der Kante nach dem Schneiden (ohne Grate oder Beulen) ist der Schlüssel zur Bewertung der Leistung der Schneidemaschine.
3.1 Produktion positiver Elektroden
Nachdem die Beschichtung der positiven Elektrode getrocknet ist, müssen die Walzen innerhalb der Prozesszeit ausgerichtet werden. Die Walze wird zum Verdichten der Polarplatte verwendet, und es gibt derzeit zwei Verfahren: Heißpressen und Kaltpressen. Beim Heißpressen ist die Rückprallrate im Vergleich zum Kaltpressen höher; das Kaltpressverfahren ist jedoch relativ einfach und leicht zu bedienen und zu steuern. Die Hauptausrüstung der Walze wird auf die folgenden Prozesswerte eingestellt: Verdichtungsdichte, Rückprallrate und Dehnung. Gleichzeitig ist zu beachten, dass die Oberfläche des Polarisators frei von Spänen, harten Blöcken, Materialverlust, gewellten Kanten und Lücken sein sollte.
3.2 Produktion negativer Elektroden
Die Produktion der negativen Elektrode erfolgt ähnlich wie die der positiven Elektrode, jedoch ist das Prozessdesign unterschiedlich.
