Introduction générale au processus de fabrication des piles au lithium
Avec le développement rapide de l'industrie des piles au lithium, les scénarios d'application des piles au lithium continuent de s'étendre, devenant un dispositif énergétique indispensable dans la vie et le travail des gens.
En ce qui concerne son processus de production de fabricants de piles au lithium sur mesure, le processus de fabrication des piles au lithium Le processus de fabrication des piles au lithium comprend principalement le dosage, le revêtement, la mise en feuilles, la préparation, l'enroulement, le décorticage, le laminage, la cuisson, l'injection de liquide, le soudage, etc. Voici une introduction aux points clés du processus de fabrication des piles au lithium.
Mise en lots des cathodes
La cathode d'une batterie au lithium est composée d'un matériau actif, d'un agent conducteur, d'un liant, etc.
Tout d'abord, confirmer et cuire les matières premières. En général, l'agent conducteur doit être cuit à ≈120℃ pendant 8 heures, et le liant PVDF doit être cuit à ≈80℃ pendant 8 heures. La nécessité de cuire et de sécher la matière active (LFP, NCM, etc.) dépend de l'état de la matière première. Actuellement, l'atelier général de batteries au lithium nécessite une température de ≤40℃ et une humidité de ≤25%RH.
Une fois le séchage terminé, la solution de colle PVDF (soluté PVDF, solution NMP) doit être préparée à l'avance. La qualité de la colle PVDF est cruciale pour la résistance interne et les performances électriques de la batterie, et les facteurs qui affectent l'application de la colle sont la température et la vitesse d'agitation.
Plus la température est élevée, plus le jaunissement de la colle affecte l'adhérence. Si la vitesse d'agitation est trop élevée, la colle sera facilement endommagée. La vitesse de rotation spécifique dépend de la taille du disque de dispersion. En général, la vitesse linéaire du disque de dispersion est de 10 à 15 m/s (elle dépend fortement de l'équipement). À ce moment, le réservoir de mélange est nécessaire pour allumer l'eau de circulation, et la température devrait être ≤30℃.
Mettre en lot la boue cathodique. À ce stade, vous devez faire attention à l'ordre d'ajout des matériaux. Ajoutez d'abord la matière active et l'agent conducteur, mélangez lentement, puis ajoutez la colle. Le temps d'alimentation et le rapport d'alimentation doivent également être strictement appliqués en fonction du processus de fabrication des piles au lithium.
Deuxièmement, il est nécessaire de contrôler strictement la vitesse de révolution et de rotation de l'équipement. En général, la vitesse linéaire de dispersion doit être supérieure à 17 m/s. Elle dépend des performances de l'équipement. Les performances varient considérablement d'un fabricant à l'autre. Il faut également contrôler le vide et la température de l'agitation.
À ce stade, il est nécessaire de détecter régulièrement la taille des particules et la viscosité de la boue, et la taille des particules et la viscosité sont étroitement liées au contenu solide, aux propriétés des matériaux, à la séquence d'alimentation et au processus de fabrication des batteries au lithium. À ce moment, le processus conventionnel nécessite une température de ≤30℃, une humidité de ≤25%RH, et un degré de vide de ≤-0,085mpa.
Transférer la boue vers la cuve de transfert ou l'atelier de revêtement. Lorsque la boue est transférée, elle doit être criblée. L'objectif est de filtrer les grosses particules, la sédimentation et d'éliminer les substances ferromagnétiques et autres. Les grosses particules affectent le revêtement et peuvent entraîner un risque d'autodécharge excessive de la batterie ou de court-circuit ; un excès de matières ferromagnétiques dans la suspension peut entraîner une autodécharge excessive de la batterie et d'autres défauts.
Les exigences de ce processus de fabrication de batteries au lithium sont les suivantes : température≤40℃, humidité≤25%RH, maille de tamis≤100 mesh, et taille de particule≤15um.
Mise en lots des anodes
L'anode d'une batterie au lithium est composée d'une matière active, d'un agent conducteur, d'un liant et d'un dispersant.
Tout d'abord, la confirmation des matières premières. Le système d'anode conventionnel est un processus de mélange à base d'eau (le solvant est de l'eau déionisée), il n'y a donc pas d'exigences particulières en matière de séchage des matières premières. Ce processus de fabrication de batteries au lithium exige que la conductivité de l'eau déionisée soit≤1us/cm. Les exigences de l'atelier sont : température≤40℃, humidité≤25%RH.
Préparer la solution de colle. Après confirmation des matières premières, la solution de colle (composée de CMC et d'eau) doit d'abord être préparée. À ce moment-là, verser le graphite C et l'agent conducteur dans le mélangeur pour un mélange à sec.
Il est recommandé de ne pas faire le vide et de ne pas faire circuler l'eau, car le frottement d'extrusion des particules et la production de chaleur sont importants pendant le mélange à sec. La vitesse est faible (15~20 tr/min) et le cycle de raclage est de 2 à 3 fois avec un intervalle de ≈15min.
Verser la solution de colle dans le mélangeur et commencer à aspirer (≤-0.09mpa). Cycle de raclage à basse vitesse 15~20rpm pendant 2 fois, puis ajuster la vitesse (basse vitesse 35rpm, haute vitesse 1200~1500rpm), et fonctionner pendant 15min~60min, en fonction du processus humide de chaque fabricant. Enfin, verser le SBR dans le mélangeur.
Il est recommandé de remuer à faible vitesse, car le SBR est un polymère à longue chaîne. Si la vitesse est trop rapide pendant une longue période, la chaîne moléculaire se brisera facilement et perdra son activité. La vitesse basse recommandée est de 35-40rpm, la vitesse haute de 1200~1800rpm, pendant 10-20min.
Tester la viscosité (2000~4000 mPa.s), la taille des particules (35um≤), la teneur en matières solides (40-70%), le vide et le tamis (≤100 mesh). Les valeurs spécifiques du processus varieront en fonction des propriétés physiques du matériau et du processus de mélange. La température requise pour l'atelier est≤30℃, et l'humidité est ≤25%RH.
Revêtement
Revêtement de la cathode
Ce procédé de fabrication de batteries au lithium consiste à extruder ou à pulvériser la boue cathodique sur la surface AB du collecteur de courant en aluminium, avec une densité de surface unique de ≈20~40 mg/cm2 (pile ternaire au lithium type), et la température du four de revêtement est normalement de 4-8 nœuds ou plus, la température de cuisson de chaque section est ajustée de 95℃ à 120℃ selon les besoins réels pour éviter les fissures horizontales et l'égouttement du solvant pendant la fissuration de la cuisson.
Le rapport de vitesse du rouleau de revêtement de transfert est de 1,1-1,2, et la position de l'espace est amincie de 20-30um, afin d'éviter un compactage excessif à la position de l'onglet en raison des résidus, ce qui pourrait entraîner une précipitation du lithium pendant le cycle de la batterie.
Et l'humidité du revêtement est ≤2000-3000ppm (dépend des matériaux et de la fabrication). La température de la cathode dans l'atelier doit être ≤30℃ et l'humidité doit être ≤25%. Le schéma de principe est le suivant :
Revêtement de l'anode
Ce procédé de fabrication de batteries au lithium consiste à extruder ou à pulvériser la boue anodique sur la surface AB du collecteur de courant en cuivre. La densité d'un côté est de ≈ 10~15 mg/cm2. La température du four de revêtement est généralement de 4-8 sections (ou plus), chaque section La température de cuisson de 80℃~105℃ est ajustée en fonction des besoins réels pour éviter les fissures de cuisson et les fissures horizontales.
Le rapport de vitesse du rouleau de transfert doit être de 1,2-1,3, le gap doit être aminci de 10-15um, le moshould beture de revêtement doit être ≤3000ppm, la température de l'anode dans l'atelier doit être ≤30℃, et l'humidité doit être ≤25%.
Feuille cathodique
Après le séchage de l'enrobage de la cathode, le rouleau doit être aligné pendant la durée du processus. Le rouleau est utilisé pour compacter la feuille d'électrode (la masse de l'enrobage par unité de volume). Actuellement, il existe deux méthodes d'enrobage de la cathode dans le processus de fabrication des batteries au lithium : le pressage à chaud et le pressage à froid.
Le pressage à chaud a un taux de compactage plus élevé et un taux de rebondissement plus faible que le pressage à froid. Toutefois, le processus de pressage à froid est relativement simple et facile à utiliser et à contrôler. L'équipement principal du rouleau consiste à atteindre les valeurs suivantes : densité de compactage, taux de rebondissement et élongation.
En même temps, il est nécessaire de faire attention au fait qu'il n'y a pas d'éclats cassants, de morceaux durs, de matériaux tombants, de bords ondulés, etc. sur la surface de la feuille de poteau, et aucune rupture n'est autorisée dans les interstices. En ce moment, la température de l'environnement de l'atelier : ≤23℃, l'humidité : ≤25%.
Densité réelle actuelle des matériaux conventionnels :
| Nom de la substance | Densité réelle | Unité de valeur |
|---|---|---|
| LFP | 3.6 | g/cm3 |
| Feuille d'aluminium | 2.7 | g/cm3 |
| LCO | 5.1 | g/cm3 |
| OMT | 4.3 | g/cm3 |
| PVDF | 1.5 | g/cm3 |
Élongation : La feuille de la cathode est généralement ≈1.002
Une fois le rouleau de cathode terminé, l'étape suivante consiste à séparer l'ensemble de la feuille polaire en petites bandes de même largeur (correspondant à la hauteur de la batterie). Lors de la division des bandes, il faut faire attention aux bavures de la feuille polaire. Il est nécessaire d'inspecter complètement les bavures dans les directions X et Y de la feuille polaire à l'aide d'un équipement bidimensionnel.
La longueur de la bavure longitudinale Y ≤ 1/2 H d'épaisseur du diaphragme. La température ambiante de l'atelier doit être≤23℃ et le point de rosée doit être≤ -30℃.
Tôle d'anode
Le processus de fabrication de la feuille d'anode des batteries au lithium est le même que celui de la cathode, mais la conception du processus est différente. La température ambiante de l'atelier doit être≤23°C, et l'humidité doit être ≤25%.
Densité réelle des matériaux d'anode courants :
| Nom de la substance | Densité réelle | Unité de valeur |
|---|---|---|
| Graphite | 2.26 | g/cm3 |
| Carbone dur | 0.8-0.9 | g/cm3 |
| Carbone mou | 1.54 | g/cm3 |
| CMC | 0.6 | g/cm3 |
| SBR | 0.9 | g/cm3 |
| Feuille de cuivre | 8.8-8.9 | g/cm3 |
Compactage des anodes couramment utilisé
Taux de rebond : Rebondissement général 4-8um
Élongation : La feuille de la cathode est généralement ≈1.002
Le processus de fabrication des batteries au lithium de décapage de l'anode est similaire au processus de décapage de la cathode, et les bavures de direction X et Y doivent être contrôlées. La température ambiante de l'atelier doit être≤23℃ et le point de rosée doit être≤ -30℃.
Préparation de la feuille cathodique
Une fois la rayure terminée, la feuille de cathode doit être séchée (120°C), puis les languettes d'aluminium sont soudées et les languettes sont encapsulées. Au cours de ce processus, la longueur de la patte du poteau et la largeur du façonnage doivent être prises en compte.
En prenant le modèle **650 (comme Batterie 18650), la conception de l'exposition de la patte polaire prend principalement en compte la coordination raisonnable de la patte cathodique lors du soudage du couvercle et de la rainure de laminage. Si la patte du pôle est exposée trop longtemps, un court-circuit est susceptible de se produire entre la patte du pôle et la coque en acier pendant la rainure de laminage.
Si la cosse du poteau est trop courte, le capuchon ne peut pas être soudé. À l'heure actuelle, les têtes de soudage par ultrasons sont disponibles sous forme linéaire ou ponctuelle, et les procédés nationaux utilisent principalement des têtes linéaires pour des raisons de surintensité et de résistance au soudage.
En outre, de la colle haute température est utilisée pour recouvrir les languettes, principalement pour éviter le risque de court-circuit causé par les bavures et les débris métalliques. La température ambiante de l'atelier doit être≤23℃, le point de rosée doit être≤-30℃, et le taux d'humidité de la cathode doit être≤500-1000ppm.
Préparation de la feuille d'anode
La feuille d'anode doit être séchée (105-110°C), puis les pattes de nickel sont soudées et les pattes sont encapsulées. La longueur de l'ergot et la largeur de façonnage doivent également être prises en compte. La température ambiante de cet atelier doit être≤23℃, le point de rosée doit être≤-30℃, et le taux d'humidité de l'anode doit être≤500-1000ppm.
Enroulement
Le bobinage consiste à enrouler le séparateur, la feuille de cathode et la feuille d'anode en un seul noyau par l'intermédiaire de la machine à bobiner. Le principe consiste à utiliser l'anode pour envelopper la cathode, puis à séparer les cathodes et les anodes au moyen d'un séparateur.
L'anode du système conventionnel étant l'électrode de contrôle de la batterie, sa capacité est supérieure à celle de la cathode, de sorte que le Li+ de la cathode peut être stocké dans le "vide" de l'anode pendant la charge de formation. Le bobinage nécessite une attention particulière à la tension du bobinage et à l'alignement des feuilles polaires.
Une faible tension de l'enroulement affectera la résistance interne et le taux d'insertion de la coquille. Une tension excessive peut entraîner un risque de court-circuit ou de fragmentation. L'alignement fait référence à la position relative de l'anode, de la cathode et du séparateur. La largeur de l'anode est de 59,5 mm, celle de la cathode de 58 mm et celle du séparateur de 61 mm. Ces trois éléments sont alignés dans la pièce afin d'éviter tout risque de court-circuit.
La tension d'enroulement est généralement comprise entre la tension positive 0,08-0,15Mpa, la tension négative 0,08-0,15Mpa, la tension de la membrane supérieure 0,08-0,15Mpa, et la tension de la membrane inférieure 0,08-0,15Mpa. Le réglage spécifique dépend de l'équipement et du processus. La température ambiante de cet atelier doit être≤23℃, le point de rosée doit être≤-30℃, et la teneur en humidité doit être≤500-1000ppm.
Décorticage
Avant que le noyau ne soit placé dans la coquille, un test Hi-Pot de 200~500V est nécessaire (pour vérifier s'il y a un défaut d'étanchéité). batterie haute tension court-circuit), et un traitement d'aspiration des poussières est également nécessaire, afin de contrôler davantage les poussières avant qu'elles ne soient introduites dans la coquille.
Les trois principaux points de contrôle des piles au lithium sont l'humidité, les bavures et la poussière. Une fois le processus précédent terminé, insérez le tampon inférieur dans le fond du noyau et pliez la languette de l'anode de manière à ce que la surface de la languette soit en face du trou de la broche d'enroulement du noyau, et enfin insérez la coque en acier ou la coque en aluminium verticalement. En prenant le modèle 18650 comme exemple, le diamètre extérieur ≈ 18mm+ Hauteur≈71.5mm.
Lorsque la surface de la section transversale du noyau d'enroulement est inférieure à la surface de la section transversale interne de la coque en acier, le taux d'insertion de la coque sera d'environ 97% à 98,5%. La valeur de rebond de la feuille polaire et le degré de pénétration du liquide lors de l'injection ultérieure doivent être pris en considération.
Dans le même processus que le tampon de surface, le tampon supérieur est également assemblé. La température ambiante de cet atelier doit être≤23℃, et le point de rosée doit être≤-40℃.
Roulant
Insérez la broche à souder (généralement en cuivre ou en alliage) au milieu du noyau. Les broches de soudure couramment utilisées sont de Φ2,5*1,6 mm, et la résistance à la soudure de la languette de l'anode doit être≥12N pour être qualifiée.
Si elle est trop faible, elle entraînera facilement une fausse soudure et la résistance interne sera trop élevée. Si elle est trop élevée, la couche de nickel à la surface de la coque en acier sera facilement soudée, ce qui entraînera des joints de soudure et des dangers cachés tels que la rouille et les fuites de liquide.
La simple compréhension de la rainure de laminage est de fixer le noyau d'enroulement dans la coque sans trembler. Dans ce processus de fabrication des piles au lithium, une attention particulière doit être accordée à l'adaptation de la vitesse d'extrusion transversale et de la vitesse de pressage longitudinale afin d'éviter de couper la coque si la vitesse transversale est trop élevée, et la couche de nickel de l'encoche tombera si la vitesse longitudinale est trop rapide ou affectera la hauteur de la rainure afin d'affecter l'étanchéité.
Il est nécessaire de vérifier si les valeurs de processus de la profondeur, de l'expansion et de la hauteur de la rainure sont conformes aux normes (par des calculs réels et théoriques).
Les spécifications courantes de la fraise-mère sont 1,0, 1,2 et 1,5 mm. Une fois la rainure de laminage terminée, l'ensemble de la machine doit être aspiré à nouveau pour éviter les débris métalliques. Le degré de vide doit être≤-0.065Mpa et le temps de mise sous vide doit être de 1~2s. La température ambiante de cet atelier doit être≤23℃, et le point de rosée est ≤-40℃.
Cuisson des piles
Après le laminage et le rainurage de la cellule cylindrique de la batterie, le processus suivant de fabrication de la batterie au lithium est très important : la cuisson. Au cours du processus de production des cellules de batterie, une certaine quantité d'humidité est introduite. Si l'humidité n'est pas contrôlée dans les délais impartis, les performances et la sécurité de la batterie s'en trouveront sérieusement affectées.
Généralement, un four à vide automatique est utilisé pour la cuisson. Les cellules à cuire sont placées soigneusement, le déshydratant doit être placé dans le four, les paramètres sont réglés et la température est portée à 85°C (en prenant les cellules de phosphate de fer lithié comme exemple).
Voici plusieurs normes de cuisson pour différentes tailles d'éléments de batterie :
| Modèle | Température de cuisson/℃ | Temps de cuisson/h | Teneur en humidité de la feuille cathodique/PPM | Teneur en humidité de la feuille d'anode/PPM |
|---|---|---|---|---|
| 14 séries | 85 | 60 | ≤1500 | ≤1500 |
| 18 séries | 85 | 72 | ≤1200 | ≤1200 |
| 22 séries | 85 | 72 | ≤500 | ≤500 |
| Note : La température réglée est de 85℃, la température réelle est de 85±3℃. | ||||
Injection de liquide
Ce processus de fabrication des piles au lithium consiste à effectuer un test d'humidité sur la cellule de pile cuite. Ce n'est qu'après avoir satisfait aux normes de cuisson précédentes que l'on peut passer à l'étape suivante : l'injection d'électrolyte.
Placez rapidement les cellules cuites dans la boîte à gants sous vide, pesez-les, enregistrez le poids, mettez la coupelle d'injection de liquide et ajoutez l'électrolyte avec le poids prévu dans la coupelle (généralement, un liquide de trempage). test de batterie sera effectuée : mettre la pile dans le gobelet).
Placer le noyau dans l'électrolyte, l'imbiber pendant un certain temps, tester la capacité maximale d'absorption de liquide de la cellule (généralement, le liquide est injecté en fonction du volume expérimental), le placer dans une boîte à vide pour faire le vide (degré de vide ≤ -0,09Mpa), et accélérer la pénétration de l'électrolyte dans l'électrode.
Après plusieurs cycles, retirez l'élément de batterie et pesez-le. Calculez si le volume d'injection correspond à la valeur de conception. S'il est inférieur, il faudra le réapprovisionner. S'il est supérieur, il suffit de verser l'excédent jusqu'à ce qu'il réponde aux exigences de conception.
L'environnement de la boîte à gants doit avoir une température≤23℃ et un point de rosée≤-45℃.
Soudage
Dans ce processus de fabrication de piles au lithium, il faut mettre le capuchon dans la boîte à gants à l'avance, fixer le capuchon au moule inférieur de la super soudeuse d'une main, et tenir la cellule de la pile de l'autre main.
Aligner la cosse de la cathode de l'élément de batterie avec la cosse de la borne du capuchon. Après avoir confirmé que la cosse de la cathode est alignée avec la cosse de la borne du capuchon, mettre en marche la machine à souder par ultrasons. Appuyez sur la pédale de commande de la machine à souder.
Ensuite, une inspection complète de l'élément de batterie doit être effectuée pour vérifier l'effet de soudure des languettes.
- Observez si les onglets sont alignés.
- Tirez doucement sur les languettes pour voir si elles sont desserrées.
- Les cellules dont les capuchons sont faiblement soudés doivent être ressoudées.
