Innovation en matière de processus et d'équipements de production de batteries

Au cours des dix dernières années, l'industrie des piles au lithium est passée de l'automatisation semi-automatique à l'automatisation autonome, puis a progressivement évolué vers l'automatisation complète et l'intelligence. Il y a peu de changements majeurs dans l'industrie des piles au lithium. production de batteries au cours de ce processus.

Cependant, comme la demande de piles continue de monter en flèche de plus de 100% par an et que le système de matériaux de piles continue de s'améliorer, le processus de production de piles sera inévitablement confronté à une mise à niveau pour s'adapter aux changements dans l'échelle de production des piles et dans le système de piles. En conséquence, l'équipement des batteries, en tant qu'élément important de l'industrie des batteries au lithium, a également ouvert de nouvelles possibilités de percées.

Tendance de développement du processus et de l'équipement de production des batteries

À l'avenir, la tendance au développement des batteries de stockage d'énergie passera d'une petite cellule à une plus grande capacité. Entreprises d'équipements de production de piles au lithium doit garantir la précision et l'efficacité de la fabrication de cette grande cellule de batterie. Si le mécanisme est élargi et la compatibilité améliorée, la précision de traitement des pièces et la précision d'assemblage des composants doivent être améliorées en conséquence.

Pour résoudre le problème de la fabrication à grande échelle des batteries au lithium, il faut d'abord améliorer l'efficacité des équipements. L'efficacité de production des équipements de batteries au lithium est principalement résolue sous deux aspects.

L'une consiste à augmenter la vitesse de production de l'équipement et à utiliser des structures et des méthodes de contrôle plus rapides et plus stables ; l'autre consiste à réduire le temps consommé par les opérations de l'équipement, c'est-à-dire le temps auxiliaire. De ce point de vue, la mise à jour et l'itération des équipements de production de batteries au lithium se développent dans le sens de la grande échelle, de la haute précision, de la haute fiabilité et de l'intelligence intégrée.

Du point de vue de l'optimisation du processus de production des batteries au lithium, l'équipement intelligent intégré présente une plus grande stabilité de production, une plus grande automatisation et une adaptabilité plus complète et plus puissante au processus de production des batteries que l'équipement autonome. Dans le même temps, l'équipement intelligent intégré joue également un rôle clé dans la réduction des coûts de main-d'œuvre et de terrain pour les entreprises de fabrication, en raccourcissant la connexion au processus et en réduisant la perte de matériaux.

Intégration profonde de la technologie des matériaux et de la technologie de production des batteries

Le processus de production des batteries va des opérations de traitement des matériaux à l'échelle nanométrique à la production et au traitement des dispositifs à l'échelle du mètre. Dans le passé, la production de batteries au lithium était principalement axée sur le contrôle de l'efficacité de la fabrication des équipements, de la qualité de la fabrication et des coûts, sur la base de la mécanique newtonienne. Le contrôle principal portait sur la position physique, la vitesse, l'accélération, l'inertie, la friction, la résistance et d'autres paramètres des matériaux.

Relativement parlant, ces contrôles sont macroscopiques, et la visibilité et l'observabilité du processus sont relativement faciles à contrôler. La batterie est un processus de migration d'ions sous l'action d'un champ électrique à l'intérieur, et le processus de transfert d'électrons est réfléchi à l'extérieur. Une telle décision doit être prise d'un point de vue microscopique, en utilisant la mécanique quantique pour contrôler le processus de production et d'utilisation de la batterie.

Il faut tenir compte de l'évolution de la structure et de la composition de la batterie après sa production et sa fabrication, du comportement de transport des électrons et des ions, de l'impact des problèmes d'interface et des effets d'échelle des performances sur les batteries, des changements dans l'interface des batteries pendant la charge et la décharge, et des changements de performance et d'échelle du processus. Il est nécessaire de prendre en compte l'effet de couplage entre les molécules internes et les ions, l'effet de la température et le changement de volume de la forme, puis de contrôler la sécurité, l'autodécharge, la durée de vie, la densité d'énergie et la densité de puissance de la batterie.

Cela nécessite une meilleure prise en compte de la thermodynamique, de la cinétique et de la stabilité du processus de production des batteries d'un point de vue microscopique. Cependant, il n'existe actuellement aucun modèle théorique complet pour la gestion et le contrôle de ces processus complexes en termes de production de batteries. Il s'agit d'un problème de couplage multi-physique, de données multivariées et hétérogènes, de contrôle de forme multi-échelle, de loi de contrôle inhérente et de problèmes de gestion de données massives.

Les méthodes qui peuvent être adoptées sont l'apprentissage automatique et les méthodes de modélisation de l'optimisation basées sur l'analyse qualitative des tendances et la modélisation des big data, l'utilisation de la théorie de la mécanique quantique pour découvrir les lois scientifiques internes des batteries, et effectuer l'optimisation des processus, la prise de décision et le contrôle.

Établir des méthodes d'analyse et d'évaluation pour parvenir à une production de piles reconfigurables, à grande échelle et personnalisées. Résoudre les problèmes de migration des ions, de production et de transfert de chaleur, de contrôle de la pression interne, de déformation du processus, de film SEI, de contrôle de la dendrite de lithium, etc.

Intégration de la production de batteries et modification des principes de fabrication

La section précédente aborde les questions microscopiques à prendre en compte dans la production de batteries du point de vue du quantum microscopique. Les variables d'état généralisées sont utilisées pour quantifier le processus électrochimique de la batterie pour le processus de contrôle multi-physique des réactions électrochimiques couplées dans la batterie lithium-ion entre le macro et le micro.

En utilisant la technologie de simulation numérique de la dynamique des particules lisses de l'écoulement multidirectionnel, un modèle numérique qui peut prendre en compte la microstructure mésoscopique de l'électrode est développé pour simuler le champ de concentration ionique à l'intérieur de la batterie pendant le processus de décharge. La distribution des détails microscopiques tels que les champs de potentiel des phases solide et liquide et la densité du courant de commutation, ainsi que les performances macroscopiques des batteries telles que la tension de sortie, etc.

Sur cette base, le mécanisme physique et chimique de base du processus de charge et de décharge de la batterie, la relation entre la macro performance de la batterie et la taille des particules de la matière active solide qui constitue l'électrode peuvent être analysés et révélés.

La fabrication d'électrodes sèches est l'intégration du mélange, de l'agitation, de l'enrobage, du séchage, du laminage et d'autres processus dans la fabrication d'électrodes sous la direction de la théorie cinétique des particules mésoscopiques. L'intégration de la découpe laser et de l'enroulement, l'intégration de la découpe laser et de l'empilage, et la fusion des processus d'assemblage ultérieurs en un seul équipement sont également des tendances importantes.

À l'avenir, il pourrait n'y avoir que trois équipements cellulaires, à savoir : l'équipement de la pièce polaire, l'équipement d'assemblage et l'équipement d'essai. Bien entendu, il s'agit là de l'avenir et de l'idéal des fabricants. Il nécessite des efforts et des progrès conjoints en matière de matériaux, de production de batteries et d'équipements.

Simplification du processus de production et de la structure des batteries

L'équipement de chaque section du processus de production des piles au lithium influe considérablement sur les éléments suivants performance de la batterieLe processus de production des batteries a une incidence sur la cohérence et la contrôlabilité de la préparation des cellules de batteries. La simplification du processus de fabrication des feuilles et de formation des cellules est un exemple de réussite.

La naissance d'équipements tels que les machines intégrées de laminage et de refendage, les machines intégrées de découpe et d'enroulement, et les machines intégrées de découpe et de laminage a simplifié le processus d'une part et augmenté le contrôle en boucle fermée de l'équipement. D'autre part, il réduit les coûts de perte dus à la complexité du transport des matières premières et permet d'économiser de la main-d'œuvre.

L'optimisation structurelle des performances et de la production des batteries entraînera des changements radicaux dans le développement futur de l'industrie des batteries. Par exemple, la forme, la taille et la connexion des pôles du boîtier de la batterie changent en fonction des exigences de performance, de fabrication et de connexion, et le collecteur de courant interne et le pôle changent en fonction des exigences de recyclage de la batterie.

Conclusion

Avec l'expansion continue de la demande d'applications de piles au lithium pour les nouvelles énergies, les principaux fabricants de piles au lithium sont en train d'améliorer leurs produits et leurs services. Top 100 du lithium Les fabricants ont atteint une certaine échelle grâce à une expansion continue visant à réduire les coûts, et ont posé des exigences plus élevées en matière de technologie, de performance et d'efficacité de la production des lignes de production de piles.

Les équipements pour batteries au lithium jouent un rôle clé dans l'amélioration continue de la technologie de production des batteries au lithium, du rendement des batteries au lithium et de l'efficacité de la production. La capacité d'innovation est au cœur du processus de production des batteries. La mise à jour et l'itération des équipements pour batteries au lithium et les nouvelles percées dans la technologie de production des batteries au lithium nécessitent une coopération étroite.