Innovación en procesos y equipos de producción de baterías

En los últimos diez años, la industria de las baterías de litio ha pasado de la automatización semiautomática a la automatización autónoma, y después ha avanzado gradualmente hacia la automatización total y la inteligencia. Hay pocos cambios importantes en la producción de baterías durante este proceso.

Sin embargo, a medida que la demanda de baterías sigue aumentando a un ritmo de más de 100% al año y el sistema de materiales de las baterías sigue actualizándose, el proceso de producción de baterías se enfrentará inevitablemente a una actualización para adaptarse a los cambios en la escala de producción de baterías y en el sistema de baterías. En consecuencia, los equipos de baterías, como parte importante de la industria de las baterías de litio, también han dado paso a nuevas oportunidades de avance.

Tendencia de desarrollo de los procesos y equipos de producción de pilas

En el futuro, la tendencia de desarrollo de las baterías de almacenamiento de energía pasará de una sola célula pequeña a una de mayor capacidad. Empresas de equipos de producción de baterías de litio debe garantizar la precisión de fabricación y la alta eficiencia de fabricación de esta célula de batería de gran tamaño. Mientras se amplía el mecanismo y se mejora la compatibilidad, la precisión de procesamiento de las piezas y la precisión de ensamblaje de los componentes deben mejorarse en consecuencia.

Para resolver el problema de la fabricación a gran escala de baterías de litio, primero hay que mejorar la eficiencia de los equipos. La eficiencia de producción de los equipos de baterías de litio se resuelve principalmente desde dos aspectos.

Una es aumentar la velocidad de producción de los equipos y utilizar estructuras y métodos de control más rápidos y estables; la otra es reducir el tiempo que consumen las operaciones de los equipos, es decir, el tiempo auxiliar. Desde este punto de vista, la actualización e iteración de los equipos de producción de baterías de litio se está desarrollando en la dirección de la gran escala, la alta precisión, la alta fiabilidad y la inteligencia integrada.

Desde la perspectiva de la optimización del proceso de producción de baterías de litio, los equipos inteligentes integrados tienen una mayor estabilidad de producción, una mayor automatización y una adaptabilidad más completa y potente al proceso de producción de baterías que los equipos independientes. Al mismo tiempo, el equipo inteligente integrado también desempeña un papel clave en la reducción del coste de mano de obra y terreno para las empresas de fabricación, acortando la conexión del proceso y reduciendo la pérdida de materiales.

Profunda integración de la tecnología de materiales y la tecnología de producción de baterías

El proceso de producción de baterías abarca desde las operaciones de procesamiento de materiales a escala nanométrica hasta la producción y el procesamiento de dispositivos a escala del metro. En el pasado, la producción de baterías de litio se centraba principalmente en el control de la eficiencia de fabricación de los equipos, la calidad de fabricación y el coste, basándose en la mecánica newtoniana. El control principal era la posición física, la velocidad, la aceleración, la inercia, la fricción, la resistencia y otros parámetros de los materiales.

En términos relativos, estos controles son macroscópicos, y la visibilidad y observabilidad del proceso son relativamente fáciles de controlar. Basándose en el hecho de que la batería es un proceso de migración de iones bajo la acción de un campo eléctrico en el interior, y el proceso de transferencia de electrones se refleja externamente. Este proceso debe decidirse desde un punto de vista microscópico, utilizando la mecánica cuántica para controlar el proceso de producción y uso de la pila.

Hay que tener en cuenta la evolución de la estructura y la composición de la batería tras su producción y fabricación, el comportamiento de transporte de electrones e iones, el impacto de los problemas de interfaz y los efectos de escala de rendimiento en las baterías, los cambios en la interfaz de las baterías durante la carga y la descarga, y el rendimiento y los cambios de escala del proceso. Es necesario tener en cuenta el efecto de acoplamiento entre las moléculas internas y los iones, el efecto de la temperatura y el cambio de volumen de la forma, para después controlar la seguridad, la autodescarga, la vida útil del ciclo, la densidad de energía y la densidad de potencia de la batería.

Para ello es necesario tener más en cuenta la termodinámica, la cinética y la estabilidad del proceso de producción de baterías desde un punto de vista microscópico. Sin embargo, en la actualidad no existe un modelo teórico completo para la gestión y el control de estos complejos procesos en lo que se refiere a la producción de baterías. Se trata de un problema de acoplamiento multifísico, datos multivariantes y heterogéneos, control de forma multiescala, ley de control inherente y problemas de gestión masiva de datos.

Los métodos que pueden adoptarse son el aprendizaje automático y los métodos de modelado de optimización basados en el análisis cualitativo de tendencias y el modelado de big data, utilizando la teoría de la mecánica cuántica para averiguar las leyes científicas internas de las baterías y llevar a cabo la optimización de procesos, la toma de decisiones y el control.

Establecer métodos de análisis y métodos de evaluación para lograr una producción de baterías reconfigurable, a gran escala y personalizada. En última instancia, resolver la migración de iones, la generación de calor y la transferencia de calor, el control de la presión interna, realizar la deformación del proceso, la película SEI, el control de la dendrita de litio y otras cuestiones.

Integración de la producción de pilas y cambios en los principios de fabricación

En la sección anterior se analizan las cuestiones microscópicas que deben tenerse en cuenta en la producción de baterías desde la perspectiva de la cuántica microscópica. Las variables de estado generalizadas se utilizan para cuantificar el proceso electroquímico de la batería para el proceso de control multifísico de las reacciones electroquímicas acopladas en la batería de iones de litio entre lo macro y lo micro.

Utilizando la tecnología de simulación numérica de dinámica suave de partículas de flujo multidireccional, se desarrolla un modelo numérico que puede considerar la microestructura mesoscópica del electrodo para simular el campo de concentración de iones en el interior de la batería durante el proceso de descarga. La distribución de los detalles microscópicos, como los campos de potencial de las fases sólida y líquida y la densidad de corriente de conmutación, así como el rendimiento macroscópico de las baterías, como la tensión de salida, etc.

A partir de ahí, se puede analizar y revelar el mecanismo físico y químico básico del proceso de carga y descarga de la batería, la relación entre el macro rendimiento de la batería y el tamaño de las partículas del material activo sólido que constituye el electrodo.

La fabricación de electrodos en seco es la integración de la mezcla, la agitación, el recubrimiento, el secado, el laminado y otros procesos en la fabricación de electrodos bajo la guía de la teoría cinética de partículas mesoscópicas. La integración del troquelado por láser y el bobinado, la integración del troquelado por láser y el apilado, y la fusión de los procesos de montaje posteriores en un solo equipo son también tendencias importantes.

En el futuro, es posible que sólo haya tres equipos de célula, a saber: equipo de pieza de poste, equipo de montaje y equipo de pruebas. Por supuesto, éste es el futuro y el ideal de los fabricantes. Requiere el esfuerzo conjunto y el progreso de los materiales, la producción de pilas y los equipos.

Proceso de producción de baterías y simplificación de su estructura

El equipamiento de cada sección del proceso de producción de baterías de litio afecta significativamente a rendimiento de la bateríay la duración del proceso de producción de baterías afecta a la consistencia y controlabilidad de la preparación de las celdas. La simplificación del proceso de fabricación de láminas y formación de células es un ejemplo de éxito.

El nacimiento de equipos como la máquina integrada de laminado y corte longitudinal, la máquina integrada de troquelado y bobinado, y la máquina integrada de troquelado y laminado ha simplificado el proceso por un lado y ha aumentado el control de bucle cerrado de los equipos. Por otro lado, reduce el coste de las pérdidas causadas por la complicada ruta de transporte de las materias primas, y ahorra mano de obra.

La optimización estructural en torno al rendimiento y la producción de las baterías provocará cambios trascendentales en el futuro desarrollo de la industria de las baterías. Por ejemplo, la forma, el tamaño y la conexión de polos de la carcasa de la batería cambian en función de los requisitos de rendimiento, fabricación y conexión, y el colector de corriente interno y el polo cambian en función de los requisitos de reciclado de la batería.

Conclusión

Con la continua expansión de la demanda de aplicaciones de baterías de litio de nueva energía, los principales litio top 100 Los fabricantes han alcanzado escala mediante una expansión continua para reducir costes, y plantean mayores exigencias a la tecnología, el rendimiento y la eficiencia de producción de las líneas de producción de baterías.

Los equipos para baterías de litio desempeñan un papel clave en la mejora continua de la tecnología de producción de baterías de litio, el rendimiento de las baterías de litio y la eficiencia de la producción. La capacidad de innovación es el núcleo del proceso de producción de baterías. La actualización e iteración de los equipos de baterías de litio y los nuevos avances en la tecnología de producción de baterías de litio requieren una estrecha cooperación.