Las baterías de iones de litio son un sistema complejo que incluye electrodos positivos y negativos, separadores, electrolitos, colectores de corriente, aglutinantes, agentes conductores y más.
Las reacciones involucradas en su producción incluyen reacciones electroquímicas de los electrodos positivos y negativos, iones de litio y conducción de electrones, y difusión térmica.
El proceso de producción de baterías de litio es bastante largo y consta de más de 50 pasos.
Las baterías de litio se pueden clasificar por su forma, como cilíndricas, cuadradas y de bolsa, y sus procesos de producción difieren ligeramente. Sin embargo, el proceso general se puede dividir en tres pasos: el proceso inicial (fabricación de láminas de electrodos), el proceso intermedio (síntesis celular) y el proceso final (formación y envasado).
Debido a los altos requisitos de seguridad para las baterías de iones de litio, la precisión, la estabilidad y la automatización son muy demandadas para los equipos de litio durante el proceso de fabricación.
Los equipos de litio son equipos de proceso que se utilizan para fabricar y producir materiales para electrodos positivos y negativos, materiales separadores, electrolitos y otros materiales mediante un proceso ordenado.
Los equipos de litio tienen un impacto significativo en el rendimiento y el coste de las baterías de iones de litio y son uno de los factores determinantes. Dependiendo de los diferentes procesos de fabricación, los equipos de litio se pueden clasificar en equipos de front-end, mid-end y back-end, con una relación de valor de aproximadamente 4:3:3 en la línea de producción de baterías de iones de litio.
Máquinas y equipos utilizados en el proceso de fabricación de baterías de litio.
El objetivo del proceso inicial es fabricar láminas de electrodos positivos y negativos. Los principales procesos del proceso inicial incluyen mezclar, recubrir, laminar, cortar, cortar placas y troquelar. El equipo utilizado en este proceso incluye mezcladoras, recubridoras, laminadoras, máquinas cortadoras, máquinas cortadoras de placas y máquinas troqueladoras.
Mezclador al vacío
La mezcla de los materiales de los electrodos (usando un mezclador al vacío) produce una pasta al mezclar uniformemente los materiales de la batería de estado sólido para los electrodos positivo y negativo con un solvente. La mezcla de materiales de electrodos es el punto de partida del proceso inicial y es la base para procesos posteriores como el recubrimiento y la laminación.
máquina de recubrimiento
El recubrimiento (usando una máquina de recubrimiento) es el proceso de recubrir uniformemente la pasta mezclada sobre una lámina de metal y luego secarla para formar las láminas de electrodos positivos y negativos. Como proceso central de la etapa inicial, la calidad del proceso de recubrimiento tiene un profundo impacto en la consistencia, seguridad y vida útil de la batería terminada. Por tanto, la máquina de recubrimiento es el equipo más valioso en el proceso inicial.
Maquina de laminación
La laminación (usando una máquina de laminación) es el proceso de compactar aún más la lámina de electrodo recubierta para aumentar la densidad de energía de la batería. La suavidad de la lámina del electrodo después del laminado afecta directamente la efectividad de procesos posteriores como el corte. La uniformidad del material activo en la lámina del electrodo también afecta indirectamente el rendimiento de la batería.
Principio de la máquina laminadora:
Desenrollado → Desenrollado con corrección → Rodillos opuestos → Devanado → Devanado con corrección
Maquina de corte
Cortar (usando una máquina cortadora) es el proceso de cortar un rollo ancho de lámina de electrodo en varias tiras estrechas del ancho requerido. Durante el proceso de corte, la lámina del electrodo experimenta una fuerza de corte y puede fracturarse, afectando la calidad de las tiras estrechas resultantes. La suavidad de los bordes de las tiras estrechas, incluida la ausencia de rebabas y arrugas, es un factor clave a la hora de evaluar el rendimiento de la máquina cortadora.
Principio de la máquina cortadora:
Desenrollado → Corrección de desenrollado → Corrección de proceso → Tracción → Accionamiento principal → Devanado → Corrección de devanado.
Máquina cortadora de hojas
El corte de láminas (usando una máquina cortadora de láminas) incluye soldar pestañas a las tiras estrechas de la lámina de electrodo, colocar papel de respaldo, encapsular las pestañas o usar corte por láser para formar las pestañas. Estas pestañas se utilizan en el proceso de bobinado posterior. El troquelado (utilizando una máquina troqueladora) es el proceso de cortar las láminas de electrodos recubiertas en una forma específica para su uso en procesos posteriores.
Principio de la máquina troqueladora:
Desenrollado → Estampación → Troquelado → Tracción → Bobinado.
El objetivo del proceso intermedio en la producción de baterías de litio es fabricar la celda. Los diferentes tipos de baterías de litio tienen diferentes rutas técnicas y equipos en el proceso de etapa intermedia.
El proceso de etapa intermedia es esencialmente un proceso de ensamblaje que implica el ensamblaje ordenado de las láminas de electrodos positivo y negativo realizadas en el proceso frontal con el separador y el electrolito.
Debido a las diferentes estructuras de almacenamiento de energía de celdas cuadradas (bolsa), cilíndricas (laminadas) y de bolsa, existen diferencias significativas en las rutas técnicas y equipos utilizados en el proceso de etapa intermedia para diferentes tipos de baterías de litio.
En concreto, el proceso de etapa intermedia para celdas cuadradas y cilíndricas incluye principalmente bobinado, inyección y embalaje, que requieren equipos como máquinas bobinadoras, máquinas de inyección y equipos de embalaje (máquinas de inserción de carcasas, rodillos ranuradores, máquinas selladoras y soldadoras).
El proceso de etapa intermedia para las células tipo bolsa incluye principalmente apilamiento, inyección y envasado, lo que requiere equipos como máquinas apiladoras, máquinas de inyección y equipos de envasado.
Maquina de laminación
El bobinado (usando una máquina bobinadora) es el proceso de enrollar las láminas de electrodos producidas en el proceso frontal o las tiras estrechas de lámina de electrodo hechas por una máquina troqueladora de rollo a rollo en la celda de una batería de iones de litio. Este proceso se utiliza principalmente en la producción de baterías de iones de litio cuadradas y cilíndricas.
Las bobinadoras se pueden dividir en bobinadoras cuadradas y bobinadoras cilíndricas, que se utilizan para la producción de baterías de iones de litio cuadradas y cilíndricas, respectivamente. En comparación con el bobinado cilíndrico, el proceso de bobinado cuadrado requiere un mayor control de la tensión, lo que hace que la tecnología de los bobinadores cuadrados sea más desafiante.
Máquina apiladora
El apilamiento (utilizando una máquina apiladora) es el proceso de apilar láminas de electrodos individuales fabricadas en el proceso de troquelado en la celda de una batería de iones de litio, que se utiliza principalmente en la producción de celdas de bolsa.
En comparación con las celdas cuadradas y cilíndricas, las celdas tipo bolsa tienen ventajas significativas en cuanto a densidad de energía, seguridad y rendimiento de descarga. Sin embargo, el proceso de apilamiento implica múltiples subprocesos y mecanismos complejos que deben funcionar en paralelo, lo que dificulta mejorar la eficiencia del apilamiento mediante un control dinámico complejo.
Por el contrario, la velocidad de bobinado y la eficiencia de una máquina bobinadora están directamente relacionadas, existiendo formas relativamente sencillas de aumentar la eficiencia. Actualmente, existe una brecha en la eficiencia de producción y el rendimiento entre las celdas apiladas y enrolladas.
máquina de inyección
Una máquina de inyección (que utiliza una máquina de inyección) es un equipo que se utiliza para inyectar una cantidad precisa de electrolito en la celda de una batería de iones de litio.
Principio de la máquina de inyección:
Inserción del anillo electrolítico → Montaje de la batería → Inyección de electrolito en la batería → Extracción por vacío → Descarga de la batería.
Equipo de encapsulación
La encapsulación de celdas (utilizando equipos de encapsulación como máquinas de inserción de carcasas, rodillos ranuradores, máquinas selladoras y máquinas de soldar) es el proceso de colocar la celda enrollada en la carcasa exterior de una batería de iones de litio.
Principio de la máquina de inserción de conchas:
Alimentación de células → Alimentación de láminas de aislamiento → Alimentación de carcasas → Montaje → Envío.
Principio de la máquina de rodillos ranuradores:
Carga → Succión de cinta de tracción → Flujo a ranura de laminación → Laminación → Descarga.
Principio de la máquina de sellado:
Reciclaje de materiales → Alimentación → Extracción por vacío → Punzonado → Envasado.
Principio de la máquina de soldar:
Ensamble el dispositivo → Soldadura láser → Retire la película protectora → Recoja la resistencia interna de todas las unidades → Verifique la estanqueidad de todas las unidades.
El objetivo de producción del proceso back-end es completar la formación y empaquetado de la batería de iones de litio. Al final del proceso de la etapa intermedia, se ha formado la estructura funcional de la celda de la batería, y el significado del proceso final es activarla y formar una batería de iones de litio segura y estable mediante pruebas, clasificación y ensamblaje.
Los principales procesos del proceso back-end incluyen formación, clasificación de capacidad, prueba y clasificación, y el equipo involucrado incluye principalmente máquinas de carga y descarga y equipos de prueba.
Equipo de descarga
La formación (utilizando equipos de carga y descarga) es un proceso de activación de la celda de la batería cargándola primero. Durante este proceso, se forma una película eficaz de interfaz de electrolito sólido (SEI) en la superficie del electrodo negativo para inicializar la batería de iones de litio.
La clasificación de capacidad (utilizando equipos de carga y descarga) se utiliza para medir la capacidad de la celda de la batería de acuerdo con los estándares de diseño después del proceso de formación.
La carga y descarga de la celda de la batería es una parte esencial del proceso de formación y clasificación de capacidad, lo que hace que los equipos de carga y descarga sean los equipos principales más utilizados en el proceso final.
La unidad mínima de trabajo de una máquina de carga y descarga es un “canal”, y una “unidad” (BOX) está formada por varios “canales”. Múltiples “unidades” combinadas forman una máquina de carga y descarga.
Equipo de prueba
El proceso de prueba (utilizando equipos de prueba) se lleva a cabo antes y después de la carga, descarga y estado inactivo, mientras que la clasificación se basa en los resultados de las pruebas para clasificar y seleccionar baterías después del proceso de formación y clasificación de capacidad de acuerdo con ciertos estándares.
La importancia del proceso de prueba y clasificación no es sólo eliminar productos defectuosos, sino también seleccionar baterías con rendimiento similar, ya que las celdas a menudo se combinan en paralelo y en serie en el uso real, lo que ayuda a optimizar el rendimiento general de la batería.
Conclusión
La producción de baterías de iones de litio depende en gran medida de los equipos de producción de baterías de iones de litio. Además de los materiales utilizados en las baterías, el proceso de fabricación y el equipo de producción son factores importantes que determinan el rendimiento de la batería.
Al principio, China dependía de equipos de iones de litio importados, pero después de varios años de rápido desarrollo, las empresas chinas de equipos de iones de litio han ido alcanzando gradualmente a las empresas de equipos japonesas y surcoreanas en términos de tecnología, eficiencia, estabilidad y otros aspectos.
Las empresas chinas también tienen ventajas en términos de coste-beneficio y mantenimiento posventa.
En la actualidad, China ha formado un grupo de empresas de equipos de iones de litio que se han convertido en una tarjeta de presentación de equipos de alta calidad que ingresan al mercado internacional. Con la alianza vertical y la expansión de los líderes de iones de litio y su producción en el extranjero, se espera que la industria de equipos de iones de litio entre en un nuevo período de rápido crecimiento debido a la expansión de la producción.
