Análisis exhaustivo de la tecnología del proceso de fabricación de pilas de litio

Este artículo presenta el proceso de fabricación de las pilas de iones de litio, analiza los puntos de control de cada proceso de fabricación de las pilas y su impacto en el rendimiento eléctrico de la pila.

Principio de funcionamiento de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio se componen principalmente de cátodo, ánodo, separador y electrolito, y dependen del Li+ para moverse entre el cátodo y el ánodo para funcionar. Durante la carga, el Li+ se desintercala del cátodo, se introduce en el ánodo a través del electrolito y el ánodo se encuentra en un estado rico en litio; lo contrario ocurre durante la descarga.

La estructura de las baterías de iones de litio se compone principalmente de cuatro materiales principales. Al mismo tiempo, una Pilas 18650 La célula también incluye materiales auxiliares como cables conductores de cátodo y ánodo, láminas aislantes superior e inferior, placas de cubierta y carcasas exteriores de acero.

Proceso de fabricación de células de baterías de iones de litio

El proceso de fabricación de las pilas de iones de litio es complicado y hay muchos procesos. Cualquier error en cualquier eslabón afectará al rendimiento de las pilas de iones de litio o traerá problemas de seguridad. Por lo tanto, solo controlando estrictamente cada proceso de fabricación de las pilas podremos fabricar pilas cualificadas con un rendimiento y una seguridad excelentes.

El proceso inicial de fabricación de pilas de iones de litio incluye 10 procesos, como la mezcla de lodos, el revestimiento, el laminado, el corte longitudinal, el laminado, el bobinado, el revestimiento, la soldadura inferior, la ranura de laminación y el horneado. El núcleo del proceso anterior consiste en convertir los materiales en polvo del cátodo y el ánodo en un núcleo bobinado. En el proceso de producción, es necesario evitar las soldaduras falsas, las soldaduras sesgadas, las soldaduras faltantes o el astillado de la pieza del polo y la unión parcial o faltante del pegamento aislante, etc.

El bobinado es un proceso importante para formar un batería cilíndrica de iones de litio. Las piezas polares catódica y anódica en forma de tira y el separador se enrollan en un núcleo cilíndrico mediante una máquina bobinadora. El punto clave de este control de proceso es que la pieza polar del ánodo debe cubrir completamente la pieza polar del cátodo, y el separador debe cubrir completamente la pieza polar del ánodo, lo que requiere una precisión de proceso muy alta.

El proceso de fabricación de pilas de litio es relativamente complicado. El proceso principal de fabricación de celdas de batería abarca principalmente la etapa de agitación y revestimiento (etapa frontal) de producción de electrodos, la etapa de inyección de líquido de bobinado (etapa intermedia) de síntesis de celdas, y la etapa de envasado y pruebas de envasado de formación de baterías (segunda etapa).

Los equipos para pilas de litio correspondientes al proceso frontal de fabricación de pilas de litio incluyen principalmente mezcladoras de vacío, máquinas de revestimiento, prensas de rodillos, etc. El proceso intermedio incluye principalmente troqueladoras, bobinadoras, apiladoras, inyectoras de líquidos, etc. El proceso posterior incluye máquinas de conformado, equipos de pruebas volumétricas, almacenamiento de procesos y automatización logística, etc. Además, la producción de paquetes de baterías requiere equipos de automatización de paquetes.

Fabricación de pilas de litio Proceso de producción de la sección frontal

El resultado del proceso inicial de fabricación de pilas de litio es completar la preparación del cátodo y el ánodo de la pila de litio. El primer proceso es la agitación, es decir, mezclar uniformemente los materiales sólidos de cátodo y ánodo de la batería, añadir un disolvente y agitarlos hasta formar una pasta mediante un mezclador de vacío. La agitación de los ingredientes es la base del proceso posterior de las baterías de litio, y la agitación de alta calidad es la base para la finalización de alta calidad de los procesos posteriores de revestimiento y laminación.

Al proceso de revestimiento y laminado le sigue el de corte longitudinal, es decir, el revestimiento se somete a un proceso de corte longitudinal. Si se generan rebabas durante el proceso de corte, habrá riesgos de seguridad en el montaje posterior, la inyección de electrolito y otros procedimientos, e incluso en el proceso de uso de la batería.

Por lo tanto, el equipo frontal en el proceso de producción de baterías de litio es la máquina central de la fabricación de baterías, que está relacionada con la calidad de toda la línea de producción. Por lo tanto, el valor de los equipos frontales representa la mayor proporción de toda la línea de producción automatizada de baterías de litio, alrededor de 35%.

Proceso intermedio de fabricación de pilas de litio

En el proceso de fabricación de pilas de litio, el proceso intermedio consiste principalmente en completar la formación de la pila. El proceso principal incluye la producción de láminas, el bobinado de piezas polares, el troquelado, el bobinado de celdas y la formación de laminados, etc. Se trata de un campo en el que los fabricantes chinos de equipos son actualmente muy competitivos, ya que representan alrededor de 30% del valor de las líneas de producción de baterías de litio.

En la actualidad, el proceso de fabricación de celdas de baterías de litio de potencia incluye principalmente el bobinado y la laminación, y las estructuras de batería correspondientes son principalmente cilíndricas, cuadradas y de bolsa. Las baterías cilíndricas y cuadradas se fabrican principalmente mediante el proceso de bobinado, mientras que las baterías de bolsa se fabrican principalmente mediante el proceso de laminación.

Las bombonas están representadas principalmente por 18650 y 26650 (Tesla ha desarrollado de forma independiente Batería 21700que se están promocionando en toda la industria). La diferencia entre el cuadrado y la bolsa es que la carcasa exterior está hecha de carcasa de duraluminio y película de aluminio-plástico. Entre ellos, la bolsa se basa principalmente en el proceso de laminación, y la caja de aluminio se basa principalmente en el proceso de bobinado.

La estructura de petaca se destina principalmente al mercado digital de gama media-alta, y el margen de beneficio por unidad de producto es relativamente alto. Con la misma capacidad de producción, el beneficio relativo es superior al de las pilas con carcasa de aluminio. Como las baterías con carcasa de aluminio son fáciles de formar efectos de escala, y la tasa de calificación y el coste del producto son fáciles de controlar, ambas tienen actualmente beneficios considerables en sus respectivas áreas de mercado. En un futuro previsible, es difícil que ambas sean sustituidas por completo.

Dado que el proceso de bobinado puede lograr la producción de baterías a alta velocidad mediante la velocidad de rotación, y la velocidad que puede aumentar la tecnología de laminación es limitada, en la actualidad, las baterías de litio de potencia de China utilizan principalmente el proceso de bobinado. Por lo tanto, el volumen de envíos de máquinas de bobinado es actualmente mayor que el de máquinas de apilamiento.

El proceso previo correspondiente a la producción de bobinado y laminado es la fabricación de la lámina de poste y el troquelado. La fabricación incluye la soldadura de la pieza de poste/oreja de poste después del corte, el desempolvado de la pieza de poste, la adhesión de papel adhesivo protector, la envoltura de la oreja de poste y el bobinado o corte de longitud fija. La pieza de polo rebobinada se utiliza para el bobinado automático posterior, y la pieza de polo de corte de longitud fija se utiliza para el bobinado semiautomático posterior. La lámina de electrodo de corte sirve para enrollar y cortar la lámina de electrodo cortada para el posterior proceso de laminación.

En cuanto al envasado y la soldadura de baterías de litio, en China participan los principales fabricantes de integración y aplicación de tecnología láser, que pueden satisfacer la demanda y no necesitan importar.

Proceso de fabricación de pilas de litio

El proceso de producción back-end de la fabricación de pilas de litio incluye principalmente cuatro procesos de separación de volumen, formación química, pruebas y embalaje y almacenamiento, que representan alrededor de 35% del valor de la línea de producción. La formación y la separación de capacidad son los eslabones más importantes del proceso back-end, y la batería activada se somete a pruebas de activación. Debido al largo ciclo de pruebas de carga y descarga de la batería, el valor del equipo es el más alto.

La función principal del proceso de formación es cargar y activar las celdas de la batería tras el envasado por inyección de líquido, y la del proceso de separación de capacidad es comprobar la capacidad de la batería y otros parámetros de rendimiento eléctrico tras la activación de la batería y clasificarla. La formación y la separación de volumen son realizadas por la máquina de formación y la máquina de separación de volumen, normalmente por un sistema automatizado de separación y formación de volumen.

Proceso de baterías de litio

El sistema de baterías de potencia es un paquete de baterías que conecta muchas celdas individuales en serie y en paralelo, e integra sistemas de hardware de baterías como la gestión energética y térmica. El pack es la clave de la producción, el diseño y la aplicación de los sistemas de baterías de potencia, y el eslabón central que conecta la producción previa de células y la aplicación posterior en vehículos.

Por lo general, los requisitos de diseño son propuestos por la fábrica de baterías o la fábrica de automóviles, y suelen ser completados por la fábrica de baterías, la fábrica de automóviles o la fábrica de paquetes de terceros.

La línea de producción de baterías de litio es relativamente sencilla. El proceso principal incluye alimentación, pegado de soportes, soldadura eléctrica, pruebas y otros procesos. El equipo principal es una máquina de soldadura láser y varios equipos de prueba de adherencia. En la actualidad, los principales fabricantes de equipos para baterías de litio tienen pocos diseños de integración de automatización en este campo, mientras que los fabricantes de equipos láser tienen una cuota relativamente alta en el campo de los equipos para paquetes debido a sus ventajas absolutas en el campo del láser.

Tecnología de baterías ternarias y de litio hierro fosfato

En la actualidad, los materiales catódicos de las baterías de litio de gran potencia de China se dividen en dos tipos: batería de litio hierro fosfato y batería de litio hierro fosfato. batería ternaria de litio. Entre ellos, el litio hierro fosfato es actualmente el material de cátodo de batería de iones de litio más seguro, y su vida útil suele superar las 2000 veces. Junto con la disminución del precio y el umbral técnico debido a la madurez de la industria, muchos fabricantes utilizarán baterías de litio hierro fosfato debido a diversos factores.

Sin embargo, las baterías de litio hierro fosfato tienen defectos evidentes en cuanto a densidad energética. En la actualidad, BYD, la empresa líder en baterías de litio hierro fosfato, tiene una densidad energética de 150Wh para las celdas individuales de litio hierro fosfato. A finales de 2017, BYD aumentará la densidad energética a 160Wh. En teoría, es difícil que la densidad energética del litio hierro fosfato supere los 200Gwh.

La batería de polímero de litio ternaria es una batería de litio en la que se utiliza óxido de níquel-cobalto-manganeso como material catódico. La proporción real de níquel-cobalto-manganeso puede ajustarse en función de las necesidades específicas.

Debido a la mayor densidad energética de las baterías ternarias de litio, el mercado de turismos ha empezado a decantarse por las baterías ternarias de litio, y el fosfato de hierro y litio es más popular en turismos con mayores requisitos de seguridad. Con el desarrollo de los turismos totalmente eléctricos, las baterías ternarias de litio ocupan una posición cada vez más importante.

La densidad energética y el coste de los dos materiales son diferentes, y los distintos coches y las distintas empresas automovilísticas tienen distintas opciones. El proceso de producción de los dos es aproximadamente el mismo. La diferencia se refleja principalmente en el uso y la proporción de los materiales, los parámetros específicos del proceso son bastante diferentes, los equipos no pueden producirse en la misma línea, y el coste de la simple transformación y conmutación de la capacidad de producción es elevado. Por lo tanto, en la planificación de la capacidad, las fábricas de varias pilas de batería instalarán y adquirirán equipos por separado.