As baterias de íons de lítio são um sistema complexo que inclui eletrodos positivos e negativos, separadores, eletrólitos, coletores de corrente, aglutinantes, agentes condutores e muito mais.
As reações envolvidas em sua produção incluem reações eletroquímicas dos eletrodos positivos e negativos, íons de lítio e condução de elétrons e difusão térmica.
O processo de produção de baterias de lítio é bastante longo, envolvendo mais de 50 etapas.
As baterias de lítio podem ser categorizadas por seu formato, como células cilíndricas, quadradas e de bolsa, e seus processos de produção diferem ligeiramente. No entanto, o processo geral pode ser dividido em três etapas: o processo inicial (fabricação de folhas de eletrodos), o processo intermediário (síntese celular) e o processo final (formação e embalagem).
Devido aos altos requisitos de segurança para baterias de íons de lítio, precisão, estabilidade e automação são altamente exigidas para equipamentos de lítio durante o processo de fabricação.
Equipamento de lítio é um equipamento de processo usado para fabricar e produzir materiais de eletrodos positivos e negativos, materiais separadores, eletrólitos e outros materiais por meio de um processo ordenado.
Os equipamentos de lítio têm um impacto significativo no desempenho e no custo das baterias de íons de lítio e são um dos fatores determinantes. Dependendo dos diferentes processos de fabricação, os equipamentos de lítio podem ser categorizados em equipamentos front-end, intermediário e back-end, com uma relação de valor de aproximadamente 4:3:3 na linha de produção de baterias de íons de lítio.
Máquinas e equipamentos utilizados no processo de fabricação de baterias de lítio
O objetivo do processo inicial é fabricar as folhas de eletrodos positivos e negativos. Os principais processos no processo inicial incluem mistura, revestimento, laminação, corte, corte de chapas e corte e vinco. Os equipamentos utilizados neste processo incluem misturadores, revestidores, laminadoras, máquinas de corte, máquinas de corte de chapas e máquinas de corte e vinco.
Misturador a vácuo
A mistura dos materiais dos eletrodos (usando um misturador a vácuo) produz uma pasta misturando uniformemente os materiais da bateria de estado sólido para os eletrodos positivos e negativos com um solvente. A mistura dos materiais do eletrodo é o ponto de partida do processo inicial e é a base para processos subsequentes, como revestimento e laminação.
Maquina de revestimento
O revestimento (usando uma máquina de revestimento) é o processo de revestir uniformemente a pasta misturada em uma folha de metal e depois secá-la para formar as folhas de eletrodos positivos e negativos. Como processo central do estágio inicial, a qualidade do processo de revestimento tem um impacto profundo na consistência, segurança e vida útil da bateria acabada. Portanto, a máquina de revestimento é o equipamento mais valioso no processo inicial.
Máquina de enrolar
A laminação (usando uma máquina de laminação) é o processo de compactação adicional da folha de eletrodo revestida para aumentar a densidade de energia da bateria. A suavidade da folha do eletrodo após a laminação afeta diretamente a eficácia dos processos subsequentes, como o corte longitudinal. A uniformidade do material ativo na folha do eletrodo também afeta indiretamente o desempenho da bateria.
Princípio da máquina de laminação:
Desenrolamento → Desenrolamento com correção → Rolos opostos → Enrolamento → Enrolamento com correção
Máquina de corte
Corte (usando uma máquina de corte) é o processo de cortar um rolo largo de folha de eletrodo em várias tiras estreitas com a largura necessária. Durante o processo de corte, a folha do eletrodo sofre força de cisalhamento e pode fraturar, afetando a qualidade das tiras estreitas resultantes. A suavidade das bordas das tiras estreitas, incluindo a ausência de rebarbas e rugas, é um fator chave na avaliação do desempenho da máquina de corte longitudinal.
Princípio da máquina de corte:
Desenrolamento → Correção de desenrolamento → Correção de processo → Tração → Acionamento principal → Enrolamento → Correção de enrolamento.
Máquina de corte de folhas
O corte de folhas (usando uma máquina de corte de folhas) inclui soldar abas nas tiras estreitas da folha do eletrodo, anexar papel protetor, encapsular as abas ou usar corte a laser para formar as abas. Essas abas são usadas no processo de enrolamento subsequente. O corte e vinco (usando uma máquina de corte e vinco) é o processo de corte das folhas de eletrodo revestidas em um formato específico para uso nos processos subsequentes.
Princípio da máquina de corte e vinco:
Desenrolamento → Estampagem → Corte e vinco → Tração → Enrolamento.
O objetivo do processo intermediário na produção de baterias de lítio é fabricar a célula. Diferentes tipos de baterias de lítio possuem diferentes rotas técnicas e equipamentos no processo de estágio intermediário.
O processo de estágio intermediário é essencialmente um processo de montagem que envolve a montagem ordenada das folhas de eletrodo positivo e negativo feitas no processo frontal com o separador e o eletrólito.
Devido às diferentes estruturas de armazenamento de energia das células quadradas (bolsa), cilíndricas (laminadas) e bolsas, existem diferenças significativas nas rotas técnicas e nos equipamentos utilizados no processo de estágio intermediário para diferentes tipos de baterias de lítio.
Especificamente, o processo de estágio intermediário para células quadradas e cilíndricas inclui principalmente enrolamento, injeção e embalagem, que requerem equipamentos como bobinadeiras, máquinas de injeção e equipamentos de embalagem (máquinas de inserção de casca, rolos de ranhura, máquinas de selagem e máquinas de solda) .
O processo de estágio intermediário para células de bolsa inclui principalmente empilhamento, injeção e embalagem, que requerem equipamentos como máquinas de empilhamento, máquinas de injeção e equipamentos de embalagem.
Máquina de enrolar
Enrolamento (usando uma máquina de enrolamento) é o processo de enrolamento das folhas de eletrodo produzidas no processo frontal ou das tiras estreitas de folha de eletrodo feitas por uma máquina de corte e vinco rolo a rolo na célula de uma bateria de íon de lítio. Este processo é usado principalmente na produção de baterias quadradas e cilíndricas de íons de lítio.
As bobinadeiras podem ser divididas em bobinadeiras quadradas e bobinadeiras cilíndricas, que são usadas para a produção de baterias de íons de lítio quadradas e cilíndricas, respectivamente. Comparado ao enrolamento cilíndrico, o processo de enrolamento quadrado requer maior controle de tensão, tornando a tecnologia para bobinadeiras quadradas mais desafiadora.
Máquina de empilhamento
Empilhamento (usando uma máquina de empilhamento) é o processo de empilhamento de folhas de eletrodos individuais feitas no processo de corte e vinco na célula de uma bateria de íons de lítio, usada principalmente na produção de células de bolsa.
Em comparação com células quadradas e cilíndricas, as células tipo bolsa apresentam vantagens significativas em densidade de energia, segurança e desempenho de descarga. No entanto, o processo de empilhamento envolve múltiplos subprocessos e mecanismos complexos que devem funcionar em paralelo, tornando um desafio melhorar a eficiência do empilhamento através de um controle dinâmico complexo.
Em contraste, a velocidade de enrolamento e a eficiência de uma máquina de enrolamento estão diretamente ligadas, com formas relativamente simples de aumentar a eficiência. Atualmente, existe uma lacuna na eficiência da produção e no rendimento entre células empilhadas e feridas.
Máquina de injeção
Uma máquina de injeção (usando uma máquina de injeção) é um equipamento usado para injetar uma quantidade precisa de eletrólito na célula de uma bateria de íon de lítio.
Princípio da máquina de injeção:
Inserção do anel eletrolítico → Conjunto da bateria → Injeção de eletrólito na bateria → Extração a vácuo → Descarga da bateria.
Equipamento de encapsulamento
O encapsulamento de células (usando equipamentos de encapsulamento, como máquinas de inserção de casca, rolos de ranhura, máquinas de selagem e máquinas de solda) é o processo de colocação da célula enrolada no invólucro externo de uma bateria de íons de lítio.
Princípio da máquina de inserção de casca:
Alimentação de células → Alimentação de folhas de isolamento → Alimentação de casca → Montagem → Envio.
Princípio da máquina de rolo de ranhura:
Carregamento → Sucção da fita de tração → Fluxo para a ranhura de laminação → Laminação → Descarregamento.
Princípio da máquina de selagem:
Reciclagem de materiais → Alimentação → Extração a vácuo → Punção → Embalagem.
Princípio da máquina de solda:
Monte o aparelho → Soldagem a laser → Rasgue a película protetora → Colete a resistência interna de todas as unidades → Verifique a estanqueidade de todas as unidades.
O objetivo de produção do processo back-end é completar a formação e embalagem da bateria de íons de lítio. Ao final do processo de estágio intermediário, a estrutura funcional da célula da bateria foi formada, e o significado do processo back-end é ativá-la e formar uma bateria de íons de lítio segura e estável por meio de testes, classificação e conjunto.
Os principais processos do processo back-end incluem formação, classificação de capacidade, teste e classificação, e os equipamentos envolvidos incluem principalmente máquinas de carga e descarga e equipamentos de teste.
Equipamento de descarga
A formação (usando equipamento de carga e descarga) é um processo de ativação da célula da bateria carregando-a primeiro. Durante este processo, um filme eficaz de interface de eletrólito sólido (SEI) é formado na superfície do eletrodo negativo para inicializar a bateria de íons de lítio.
A classificação de capacidade (usando equipamento de carga e descarga) é usada para medir a capacidade da célula da bateria de acordo com os padrões de projeto após o processo de formação.
Carregar e descarregar a célula da bateria é uma parte essencial do processo de formação e classificação de capacidade, o que torna o equipamento de carga e descarga o equipamento principal mais comumente usado no processo de back-end.
A unidade mínima de trabalho de uma máquina de carga e descarga é um “canal”, e uma “unidade” (CAIXA) é composta por vários “canais”. Múltiplas “unidades” combinadas formam uma máquina de carga e descarga.
Equipamento de teste
O processo de teste (usando equipamento de teste) é realizado antes e depois do carregamento, descarregamento e estado inativo, enquanto a classificação é baseada nos resultados do teste para classificar e selecionar as baterias após o processo de formação e classificação de capacidade de acordo com determinados padrões.
A importância do processo de teste e classificação não é apenas eliminar produtos defeituosos, mas também selecionar baterias com desempenho semelhante, já que as células são frequentemente combinadas em paralelo e em série no uso real, o que ajuda a otimizar o desempenho geral da bateria.
Conclusão
A produção de baterias de íons de lítio depende fortemente de equipamentos de produção de baterias de íons de lítio. Além dos materiais utilizados nas baterias, o processo de fabricação e os equipamentos de produção são fatores importantes que determinam o desempenho da bateria.
No início, a China dependia de equipamentos importados de íons de lítio, mas após vários anos de rápido desenvolvimento, as empresas chinesas de equipamentos de íons de lítio gradualmente alcançaram as empresas de equipamentos japonesas e sul-coreanas em termos de tecnologia, eficiência, estabilidade e outros aspectos.
As empresas chinesas também apresentam vantagens em termos de relação custo-benefício e manutenção pós-venda.
Atualmente, a China formou um cluster de empresas de equipamentos de íons de lítio, e elas se tornaram um cartão de visita de equipamentos de alta qualidade que entram no mercado internacional. Com a aliança vertical e a expansão dos líderes de iões de lítio e a sua produção no estrangeiro, espera-se que a indústria de equipamentos de iões de lítio entre num novo período de rápido crescimento devido à expansão a jusante da produção.
