Introducción general al proceso de fabricación de baterías de litio
Con el rápido desarrollo de la industria de las baterías de litio, los escenarios de aplicación de éstas siguen ampliándose, convirtiéndose en un dispositivo energético indispensable en la vida y el trabajo de las personas.
En cuanto a su proceso de producción de fabricantes de baterías de litio personalizadasEl proceso de fabricación de baterías de litio incluye principalmente la dosificación, el revestimiento, el laminado, la preparación, el bobinado, el descascarillado, el laminado, el horneado, la inyección de líquido, la soldadura, etc. A continuación se presenta una introducción a los puntos clave del proceso de fabricación de baterías de litio.
Dosificación catódica
El cátodo de la pila de litio se compone de material activo, agente conductor, aglutinante, etc.
En primer lugar, confirme y hornee las materias primas. En general, el agente conductor debe hornearse a ≈120℃ durante 8 horas, y el aglutinante PVDF debe hornearse a ≈80℃ durante 8 horas. La necesidad de hornear y secar el material activo (LFP, NCM, etc.) depende del estado de la materia prima. Actualmente, el taller general de baterías de litio requiere una temperatura de ≤40℃ y una humedad de ≤25%RH.
Una vez finalizado el secado, es necesario preparar previamente la solución de pegamento de PVDF (soluto de PVDF, solución de NMP). La calidad del pegamento de PVDF es crucial para la resistencia interna y el rendimiento eléctrico de la pila, y los factores que afectan a la aplicación del pegamento son la temperatura y la velocidad de agitación.
Cuanto mayor sea la temperatura, el amarilleo de la cola afectará a la adherencia. Si la velocidad de agitación es demasiado alta, la cola se dañará fácilmente. La velocidad de rotación específica depende del tamaño del disco de dispersión. Generalmente, la velocidad lineal del disco de dispersión es de 10-15m/s (alta dependencia del equipo). En este momento, se requiere que el tanque de mezcla encienda el agua circulante, y la temperatura debe ser ≤30℃.
Prepare por lotes el lodo catódico. En este momento, es necesario prestar atención al orden de adición de los materiales. En primer lugar, añada el material activo y el agente conductor, mezcle lentamente y, a continuación, añada el pegamento. El tiempo de alimentación y la proporción de alimentación también deben aplicarse estrictamente de acuerdo con el proceso de fabricación de la batería de litio.
En segundo lugar, es necesario controlar estrictamente la velocidad de revolución y rotación del equipo. Por lo general, la velocidad lineal de dispersión debe ser superior a 17 m/s. Depende del rendimiento del equipo. Los distintos fabricantes varían mucho. También hay que controlar el vacío y la temperatura de la agitación.
En esta fase, es necesario detectar regularmente el tamaño de las partículas y la viscosidad de la pasta, y el tamaño de las partículas y la viscosidad están estrechamente relacionados con el contenido sólido, las propiedades del material, la secuencia de alimentación y el proceso de fabricación de la batería de litio. En este momento, el proceso convencional requiere una temperatura de ≤30℃, una humedad de ≤25%RH, y un grado de vacío de ≤-0,085mpa.
Transferir los purines al depósito de transferencia o al taller de revestimiento. Cuando se transfiere el lodo, es necesario tamizarlo. El objetivo es filtrar las partículas grandes, la sedimentación y eliminar las sustancias ferromagnéticas y de otro tipo. Las partículas grandes afectan al revestimiento y pueden provocar un riesgo de autodescarga excesiva de la batería o un cortocircuito; un exceso de material ferromagnético en el lodo puede provocar una autodescarga excesiva de la batería y otros defectos.
Los requisitos de este proceso de fabricación de baterías de litio son: temperatura≤40℃, humedad≤25%RH, malla≤100 y tamaño de partícula≤15um.
Dosificación de ánodos
El ánodo de la pila de litio se compone de material activo, agente conductor, aglutinante y dispersante.
En primer lugar, la confirmación de las materias primas. El sistema convencional de ánodos es un proceso de mezcla con agua (el disolvente es agua desionizada), por lo que no hay requisitos especiales de secado para las materias primas. Este proceso de fabricación de baterías de litio requiere que la conductividad del agua desionizada sea≤1us/cm. Los requisitos del taller son: temperatura≤40℃, humedad≤25%RH.
Preparar la solución de cola. Una vez confirmadas las materias primas, debe prepararse primero la solución de cola (compuesta de CMC y agua). En este momento, vierta el grafito C y el agente conductor en el mezclador para mezclar en seco.
Se recomienda no aspirar y encender el agua circulante, porque la fricción de extrusión de partículas y la generación de calor son graves durante la mezcla en seco. La velocidad es baja 15~20rpm, y el ciclo de raspado es de 2-3 veces con un intervalo de ≈15min.
Vierta la solución de pegamento en el mezclador y comience a aspirar (≤-0,09mpa). Ciclo de raspado a baja velocidad 15~20rpm durante 2 veces, después ajustar la velocidad (baja velocidad 35rpm, alta velocidad 1200~1500rpm), y funcionar durante 15min~60min, dependiendo del proceso húmedo de cada fabricante. Finalmente, verter el SBR en la mezcladora.
Se recomienda agitar a baja velocidad, porque el SBR es un polímero de cadena larga. Si la velocidad es demasiado rápida durante mucho tiempo, la cadena molecular se romperá fácilmente y perderá actividad. La velocidad baja recomendada es de 35-40rpm, la velocidad alta es de 1200~1800rpm, durante 10-20min.
Compruebe la viscosidad (2000~4000 mPa.s), el tamaño de las partículas (35um≤), el contenido en sólidos (40-70%), el vacío y el tamiz (≤100 mallas). Los valores específicos del proceso variarán en función de las propiedades físicas del material y del proceso de mezcla. La temperatura requerida en el taller es≤30℃, y la humedad es ≤25%RH.
Revestimiento
Revestimiento del cátodo
Este proceso de fabricación de baterías de litio consiste en extruir o pulverizar la lechada catódica sobre la superficie AB del colector de corriente de aluminio, con una densidad superficial única de ≈20~40 mg/cm2 (batería ternaria de litio tipo), y la temperatura del horno de revestimiento es normalmente de 4-8 nudos o más, la temperatura de cocción de cada sección se ajusta de 95℃ a 120℃ de acuerdo con las necesidades reales para evitar grietas horizontales y el goteo de disolvente durante la cocción agrietamiento.
La relación de velocidad del rodillo de revestimiento de transferencia es de 1,1-1,2, y la posición de la lengüeta se adelgaza 20-30um, para evitar una compactación excesiva en la posición de la lengüeta debido a la cola, que puede provocar la precipitación del litio durante el ciclo de la batería.
Y la humedad del revestimiento es ≤2000-3000ppm (depende de los materiales y la mano de obra). La temperatura del cátodo en el taller debe ser ≤30℃ y la humedad debe ser ≤25%. El diagrama esquemático es el siguiente:
Revestimiento del ánodo
Este proceso de fabricación de baterías de litio consiste en extrudir o pulverizar la lechada anódica sobre la superficie AB del colector de corriente de cobre. La densidad en un lado es ≈ 10~15 mg/cm2. La temperatura del horno de recubrimiento suele ser de 4-8 secciones (o más), cada sección La temperatura de cocción de 80℃~105℃ se ajusta según las necesidades reales para evitar grietas de cocción y grietas horizontales.
La relación de velocidad del rodillo de transferencia debe ser 1,2-1,3, la brecha debe ser adelgazado 10-15um, el moshure recubrimiento debe ser ≤3000ppm, la temperatura del ánodo en el taller debe ser ≤30℃, y la humedad debe ser ≤25%.
Láminas catódicas
Una vez seco el revestimiento del cátodo, es necesario alinear el rodillo dentro del tiempo de proceso. El rodillo se utiliza para compactar la lámina del electrodo (la masa del revestimiento por unidad de volumen). Actualmente, existen dos métodos de revestimiento de cátodos en el proceso de fabricación de baterías de litio: el prensado en caliente y el prensado en frío.
El prensado en caliente tiene una mayor compactación y una menor tasa de rebote que el prensado en frío. Sin embargo, el proceso de prensado en frío es relativamente sencillo y fácil de manejar y controlar. El equipo principal del rodillo es lograr los siguientes valores de proceso, densidad de compactación, tasa de rebote y elongación.
Al mismo tiempo, es necesario prestar atención al hecho de que no hay virutas quebradizas, bultos duros, materiales que caen, bordes ondulados, etc. en la superficie de la hoja de poste, y no se permiten roturas en los huecos. En este momento, la temperatura ambiente del taller: ≤23℃, humedad: ≤25%.
Densidad real actual de los materiales convencionales:
| Nombre de la sustancia | Densidad real | Unidad de valor |
|---|---|---|
| LFP | 3.6 | g/cm3 |
| Papel de aluminio | 2.7 | g/cm3 |
| LCO | 5.1 | g/cm3 |
| OVM | 4.3 | g/cm3 |
| PVDF | 1.5 | g/cm3 |
Elongación: La lámina catódica es generalmente ≈1,002
Una vez terminado el rollo de cátodo, el siguiente paso es separar toda la hoja de polos en pequeñas tiras con la misma anchura (correspondiente a la altura de la batería). Al dividir las tiras, preste atención a las rebabas de la hoja de polos. Es necesario inspeccionar a fondo las rebabas en las direcciones X e Y de la hoja de polos con ayuda de un equipo bidimensional.
La longitud longitudinal de rebaba proceso Y ≤ 1/2 H espesor del diafragma. La temperatura ambiente del taller debe ser≤23℃ y el punto de rocío debe ser≤ -30℃.
Láminas anódicas
El proceso de fabricación de láminas de ánodo para baterías de litio es el mismo que el del cátodo, pero el diseño del proceso es diferente. La temperatura ambiente del taller debe ser≤23°C, y la humedad debe ser ≤25%.
Densidad real de los materiales de ánodos comunes:
| Nombre de la sustancia | Densidad real | Unidad de valor |
|---|---|---|
| Grafito | 2.26 | g/cm3 |
| Carbono duro | 0.8-0.9 | g/cm3 |
| Carbono blando | 1.54 | g/cm3 |
| CMC | 0.6 | g/cm3 |
| SBR | 0.9 | g/cm3 |
| Lámina de cobre | 8.8-8.9 | g/cm3 |
Compactación de ánodos de uso común
Tasa de rebote: Generalmente rebota 4-8um
Elongación: La lámina catódica es generalmente ≈1,002
El proceso de fabricación de baterías de litio para el rayado de ánodos es similar al proceso de rayado de cátodos, y es necesario controlar las rebabas en dirección X e Y. La temperatura ambiente del taller debe ser≤23℃ y el punto de rocío debe ser≤ -30℃.
Preparación de la lámina catódica
Una vez terminado el rayado, es necesario secar la lámina catódica (120°C) y, a continuación, soldar las lengüetas de aluminio y encapsularlas. En este proceso, hay que tener en cuenta la longitud de la lengüeta del poste y la anchura de la forma.
Tomando el diseño **650 (como Batería 18650) como ejemplo, el diseño de la exposición de la orejeta del polo tiene en cuenta principalmente la coordinación razonable de la orejeta del cátodo al soldar la tapa y la ranura de laminación. Si la orejeta del polo está expuesta demasiado tiempo, es fácil que se produzca un cortocircuito entre la orejeta del polo y la carcasa de acero durante la ranura de laminación.
Si la orejeta del poste es demasiado corta, no se puede soldar el tapón. En la actualidad, los cabezales de soldadura por ultrasonidos están disponibles en forma lineal y puntiforme, y en los procesos domésticos se utilizan sobre todo los lineales debido a consideraciones de sobrecorriente y resistencia de la soldadura.
Además, se utiliza pegamento de alta temperatura para cubrir las lengüetas, principalmente para evitar el riesgo de cortocircuito causado por rebabas metálicas y restos de metal. La temperatura ambiente del taller debe ser≤23℃, el punto de rocío debe ser≤-30℃, y el contenido de humedad del cátodo debe ser≤500-1000ppm.
Preparación de la lámina anódica
La lámina del ánodo debe secarse (105-110°C) y, a continuación, se sueldan las lengüetas de níquel y se encapsulan las lengüetas. También hay que tener en cuenta la longitud de las lengüetas y la anchura del moldeado. La temperatura ambiente de este taller debe ser≤23℃, el punto de rocío debe ser≤-30℃, y el contenido de humedad del ánodo debe ser≤500-1000ppm.
Bobinado
El bobinado consiste en enrollar el separador, la lámina catódica y la lámina anódica en un único núcleo a través de la máquina bobinadora. El principio es utilizar el ánodo para envolver el cátodo y, a continuación, separar los cátodos y los ánodos mediante un separador.
Dado que el ánodo del sistema convencional es el electrodo de control del diseño de la batería, el diseño de la capacidad es superior al del cátodo, de modo que el Li+ del cátodo puede almacenarse en la "vacante" del ánodo durante la carga de formación. El bobinado requiere una atención especial a la tensión del bobinado y a la alineación de la hoja de polos.
Una tensión pequeña del bobinado afectará a la resistencia interna y a la velocidad de inserción de la carcasa. Mientras que una tensión excesiva puede provocar riesgo de cortocircuito o fragmentación. La alineación se refiere a la posición relativa del ánodo, el cátodo y el separador. La anchura del ánodo es de 59,5 mm, la del cátodo de 58 mm y la del separador de 61 mm. Los tres están alineados en la obra para evitar el riesgo de cortocircuito.
La tensión de bobinado suele oscilar entre la tensión positiva 0,08-0,15Mpa, la tensión negativa 0,08-0,15Mpa, la tensión del diafragma superior 0,08-0,15Mpa, y la tensión del diafragma inferior 0,08-0,15Mpa. El ajuste específico depende del equipo y del proceso. La temperatura ambiente de este taller debe ser≤23℃, el punto de rocío debe ser≤-30℃, y el contenido de humedad debe ser≤500-1000ppm.
Descascarillado
Antes de introducir el núcleo en la carcasa, se requiere una tensión de prueba Hi-Pot de 200~500V (para comprobar si hay una batería de alto voltaje cortocircuito), y también se requiere un tratamiento de aspiración de polvo, para controlar aún más el polvo antes de introducirlo en la carcasa.
Los tres principales puntos de control de las baterías de litio son la humedad, las rebabas y el polvo. Una vez completado el proceso anterior, inserte la almohadilla inferior en la parte inferior del núcleo y doble la lengüeta del ánodo de modo que la superficie de la lengüeta quede orientada hacia el orificio del pasador de bobinado del núcleo y, por último, inserte la carcasa de acero o la carcasa de aluminio verticalmente. Tomando como ejemplo el modelo 18650, el diámetro exterior ≈ 18mm+ Altura≈71.5mm.
Cuando el área de la sección transversal del núcleo bobinado < el área de la sección transversal interior de la coraza de acero, el índice de inserción de la coraza será aproximadamente de 97% a 98,5%. Porque hay que tener en cuenta el valor de rebote de la chapa del polo y el grado de penetración del líquido durante la inyección posterior.
En el mismo proceso que la almohadilla de superficie, también se monta la almohadilla superior. La temperatura ambiente de este taller debe ser≤23℃, y el punto de rocío debe ser≤-40℃.
Rodando
Inserte la clavija de soldadura (normalmente de cobre o aleación) en el centro del núcleo. Las patillas de soldadura utilizadas habitualmente son de Φ2,5*1,6 mm, y la resistencia de soldadura de la lengüeta del ánodo debe ser≥12N para estar cualificada.
Si es demasiado baja, provocará fácilmente falsas soldaduras y la resistencia interna será demasiado alta. Si es demasiado alta, se soldará fácilmente la capa de níquel de la superficie de la carcasa de acero, lo que dará lugar a uniones soldadas, provocando peligros ocultos como óxido y fugas de líquido.
La simple comprensión de la ranura de laminación consiste en fijar el núcleo bobinado en la cáscara sin sacudidas. En este proceso de fabricación de baterías de litio, se debe prestar especial atención a la coincidencia de la velocidad de extrusión transversal y la velocidad de prensado longitudinal para evitar cortar la cáscara si la velocidad transversal es demasiado alta, y la capa de níquel de la muesca se caerá si la velocidad longitudinal es demasiado rápida o afectar a la altura de la ranura para afectar el sellado.
Es necesario comprobar si los valores de proceso de profundidad de ranura, expansión y altura de ranura cumplen las normas (mediante cálculos reales y teóricos).
Las especificaciones habituales de las fresas madre son 1,0, 1,2 y 1,5 mm. Después de que la ranura de laminación se ha completado, toda la máquina necesita ser aspirada de nuevo para evitar restos de metal. El grado de vacío debe ser≤-0.065Mpa y el tiempo de aspirado debe ser de 1~2s. La temperatura ambiente de este taller debe ser≤23℃, y el punto de rocío es ≤-40℃.
Horneado de pilas
Después de que la célula cilíndrica de la batería haya sido laminada y ranurada, el siguiente proceso de fabricación de la batería de litio es muy importante: el horneado. Durante el proceso de producción de las celdas de la batería, se introducirá una cierta cantidad de humedad. Si la humedad no se controla a tiempo dentro de la norma, afectará gravemente al rendimiento y la seguridad de la batería.
Generalmente, se utiliza un horno automático de vacío para la cocción. Las células que se van a hornear se colocan ordenadamente, el desecante debe colocarse en el horno, y ajustar los parámetros, y elevar la temperatura a 85°C (tomando como ejemplo las células de litio fosfato de hierro).
He aquí varias normas de cocción de diferentes tamaños de pilas:
| Modelo | Temperatura de cocción/℃ | Tiempo de cocción/h | Contenido de humedad de la lámina catódica/PPM | Contenido de humedad de la lámina anódica/PPM |
|---|---|---|---|---|
| 14 series | 85 | 60 | ≤1500 | ≤1500 |
| 18 series | 85 | 72 | ≤1200 | ≤1200 |
| 22 series | 85 | 72 | ≤500 | ≤500 |
| Nota: La temperatura ajustada es 85℃, la temperatura real es 85±3℃. | ||||
Inyección de líquidos
Este proceso de fabricación de baterías de litio consiste en realizar una prueba de humedad en la célula de la batería horneada. Solo después de que cumpla las normas de horneado anteriores se puede proceder al siguiente paso: inyectar electrolito.
Coloque rápidamente las células horneadas en la caja de guantes de vacío, péselas, registre el peso, coloque el vaso de inyección de líquido y añada el electrolito con el peso diseñado en el vaso (generalmente, un líquido de remojo prueba de batería se llevará a cabo: introduzca la pila en el vaso).
Introducir el núcleo en el electrolito, sumergirlo durante un tiempo, comprobar la capacidad máxima de absorción de líquido de la célula (normalmente se inyecta el líquido según el volumen experimental), introducirlo en una caja de vacío para hacer vacío (grado de vacío ≤ -0,09Mpa), y acelerar la penetración del electrolito en el electrodo.
Después de varios ciclos, saque la célula de la batería y pésela. Calcule si el volumen de inyección cumple el valor de diseño. Si es menor, será necesario reponerlo. Si es mayor, basta con verter el exceso hasta que cumpla los requisitos de diseño.
El entorno de la guantera debe tener una temperatura≤23℃ y un punto de rocío≤-45℃.
Soldadura
En este proceso de fabricación de baterías de litio, coloque previamente la tapa en la guantera, fije la tapa al molde inferior de la super soldadora con una mano y sujete la célula de la batería con la otra.
Alinee el terminal del cátodo de la pila con el terminal de la tapa. Después de confirmar que el terminal del cátodo está alineado con el terminal de la tapa, pise la máquina de soldadura por ultrasonidos. Pise el pedal de la máquina de soldar.
A continuación, debe realizarse una inspección completa de la célula de la batería para comprobar el efecto de soldadura de las lengüetas.
- Observe si las lengüetas están alineadas.
- Tire suavemente de las lengüetas para ver si se han aflojado.
- Las cubetas cuyos tapones estén poco soldados deben volver a soldarse.
