Analyse complète de la technologie des procédés de fabrication des cellules de batteries au lithium

Cet article présente le processus de fabrication des éléments de batterie au lithium-ion, analyse les points de contrôle de chaque processus de fabrication des éléments de batterie et leur impact sur les performances électriques de la batterie.

Principe de fonctionnement de la batterie lithium-ion

Les batteries lithium-ion sont principalement composées d'une cathode, d'une anode, d'un séparateur et d'un électrolyte, et dépendent du déplacement du Li+ entre la cathode et l'anode pour fonctionner. Lors de la charge, le Li+ est désintercalé de la cathode, inséré dans l'anode à travers l'électrolyte, et l'anode est dans un état riche en lithium ; l'inverse est vrai lors de la décharge.

La structure des batteries lithium-ion est principalement composée de quatre matériaux principaux. En même temps, une batterie Batteries 18650 La cellule comprend également des matériaux auxiliaires tels que les fils conducteurs de la cathode et de l'anode, les feuilles isolantes supérieures et inférieures, les plaques de recouvrement et les enveloppes extérieures en acier.

Processus de fabrication des cellules de batteries au lithium-ion

Le processus de fabrication des cellules de batteries lithium-ion est complexe et comporte de nombreuses étapes. Toute erreur dans l'un des maillons affectera les performances des cellules de batteries lithium-ion ou entraînera des problèmes de sécurité. Par conséquent, ce n'est qu'en contrôlant strictement chaque processus de fabrication des cellules de batterie que nous pouvons fabriquer des batteries qualifiées avec d'excellentes performances et une grande sécurité.

Le processus frontal de fabrication des cellules de batteries lithium-ion comprend 10 processus, dont le mélange de boues, l'enduction, le laminage, la refente, la feuille, l'enroulement, le décorticage, le soudage par le bas, le rainurage des rouleaux et la cuisson. Le cœur du processus précédent consiste à transformer les matériaux pulvérulents de la cathode et de l'anode en un noyau d'enroulement. Au cours du processus de production, il est nécessaire d'éviter les fausses soudures, les soudures biaisées, les soudures manquantes ou l'écaillage de la pièce polaire et le collage partiel ou manquant de la colle isolante, etc.

Le processus d'enroulement est un processus important pour la formation d'un batterie cylindrique au lithium-ion. Les pièces polaires de cathode et d'anode en forme de bande et le séparateur sont enroulés dans un noyau cylindrique par une machine à enrouler. Le point clé de ce contrôle de processus est que la pièce polaire anodique doit recouvrir complètement la pièce polaire cathodique et que le séparateur doit recouvrir complètement la pièce polaire anodique, ce qui exige une très grande précision du processus.

Le processus de fabrication des cellules de batteries au lithium est relativement complexe. Le processus principal de fabrication des cellules de batterie couvre principalement l'étape de brassage et d'enrobage (première étape) de la production des électrodes, l'étape d'injection du liquide de bobinage (étape intermédiaire) de la synthèse des cellules, et l'étape d'emballage et d'essai de l'emballage de la formation de la batterie (deuxième étape).

L'équipement pour piles au lithium correspondant au processus frontal de fabrication des cellules de piles au lithium comprend principalement des mélangeurs sous vide, des machines d'enduction, des presses à rouleaux, etc. Le processus intermédiaire comprend principalement des machines de découpe, des bobineuses, des machines d'empilage, des machines d'injection de liquide, etc. Le processus d'arrière-plan comprend les machines de formage, l'équipement d'essai volumétrique, l'entreposage des processus et l'automatisation de la logistique, etc. En outre, la production de blocs-batteries nécessite des équipements d'automatisation des paquets.

Fabrication de cellules de piles au lithium section frontale processus de production

Le résultat du processus frontal de fabrication des cellules de batteries au lithium est de terminer la préparation de la cathode et de l'anode de la batterie au lithium. Le premier processus est l'agitation, c'est-à-dire le mélange uniforme des matériaux solides de la cathode et de l'anode de la batterie, l'ajout d'un solvant et l'agitation pour obtenir une boue à l'aide d'un mélangeur sous vide. L'agitation des ingrédients est la base du processus ultérieur des batteries au lithium, et l'agitation de haute qualité est la base de l'achèvement de haute qualité des processus ultérieurs de revêtement et de laminage.

Le processus de revêtement et de laminage est suivi d'un découpage, c'est-à-dire que le revêtement est soumis à un processus de découpage. Si des bavures sont générées au cours du processus de découpage, il y aura des risques de sécurité lors de l'assemblage ultérieur, de l'injection d'électrolyte et d'autres procédures, et même lors du processus d'utilisation de la batterie.

Par conséquent, l'équipement frontal dans le processus de production des batteries au lithium est la machine centrale de la fabrication des batteries, qui est liée à la qualité de l'ensemble de la chaîne de production. Par conséquent, la valeur de l'équipement frontal représente la plus grande proportion de l'ensemble de la chaîne de production automatisée de batteries au lithium, soit environ 35%.

Processus de fabrication des cellules de batteries au lithium à mi-parcours

Dans le processus de fabrication des cellules de batteries au lithium, le processus intermédiaire consiste principalement à achever la formation de la batterie. Le processus principal comprend la production de feuilles, l'enroulement de la pièce polaire, la découpe, l'enroulement de la cellule et la formation du laminage, etc. C'est un domaine dans lequel les fabricants d'équipements chinois sont actuellement très compétitifs, représentant environ 30% de la valeur des lignes de production de batteries au lithium.

Actuellement, le processus de fabrication des cellules de batteries au lithium de puissance comprend principalement l'enroulement et la stratification, et les structures de batteries correspondantes sont principalement cylindriques, carrées et à poche. Les piles cylindriques et carrées sont principalement produites par enroulement, tandis que les piles à poche sont principalement produites par laminage.

Les cylindres sont principalement représentés par les modèles 18650 et 26650 (Tesla a développé indépendamment des modèles 18650 et 26650). Batterie 21700qui font l'objet d'une promotion dans l'ensemble de l'industrie). La différence entre le carré et la pochette est que l'enveloppe extérieure est constituée d'une coque en duralumin et d'un film plastique en aluminium. Parmi eux, la pochette est principalement basée sur le processus de laminage, et l'étui en aluminium est principalement basé sur le processus d'enroulement.

La structure de la poche est principalement destinée au marché numérique moyen à haut de gamme, et la marge bénéficiaire par unité de produit est relativement élevée. À capacité de production égale, le bénéfice relatif est supérieur à celui des batteries à enveloppe en aluminium. Étant donné que les piles à boîtier en aluminium sont faciles à produire des effets d'échelle et que le taux de qualification et le coût des produits sont faciles à contrôler, les deux types de piles affichent actuellement des bénéfices considérables sur leurs marchés respectifs. Dans un avenir prévisible, il est difficile de les remplacer complètement.

Étant donné que le processus d'enroulement permet de produire des piles à grande vitesse grâce à la vitesse de rotation et que la vitesse à laquelle la technologie de laminage peut augmenter est limitée, à l'heure actuelle, les piles au lithium de puissance de la Chine utilisent principalement le processus d'enroulement. Par conséquent, le volume des expéditions de machines à bobiner est actuellement plus important que celui des machines à empiler.

Le processus précédent correspondant à la production d'enroulement et de laminage est la fabrication du film de poteau et la découpe. La fabrication comprend le soudage de la pièce de poteau/de l'oreille de poteau après la coupe, le dépoussiérage de la pièce de poteau, l'application d'un papier adhésif de protection, l'emballage de l'oreille de poteau et l'enroulement ou la coupe à longueur fixe. La pièce polaire de rembobinage est utilisée pour l'enroulement automatique suivant, et la pièce polaire de coupe à longueur fixe est utilisée pour l'enroulement semi-automatique suivant. La tôle d'électrode découpée sert à enrouler et à découper la tôle d'électrode tranchée pour le processus de laminage ultérieur.

En ce qui concerne l'emballage et le soudage des piles au lithium, les principaux fabricants chinois d'intégration et d'application de la technologie laser sont tous impliqués, ce qui leur permet de répondre à la demande et de ne pas avoir à importer.

Processus de fabrication des cellules de batteries au lithium

Le processus de production en aval de la fabrication des piles au lithium comprend principalement quatre processus : la séparation des volumes, la formation chimique, les essais, l'emballage et le stockage, qui représentent environ 35% de la valeur de la chaîne de production. La formation et la séparation de la capacité sont les maillons les plus importants du processus back-end, et la batterie activée est testée pour l'activation. En raison du long cycle de test de charge et de décharge de la batterie, la valeur de l'équipement est la plus élevée.

La fonction principale du processus de formation est de charger et d'activer les cellules de la batterie après le conditionnement par injection de liquide, et le processus de séparation de la capacité est de tester la capacité de la batterie et d'autres paramètres de performance électrique après l'activation de la batterie et de la classer. La formation et la séparation de volume sont effectuées par la machine de formation et la machine de séparation de volume, généralement par un système automatisé de séparation de volume et de formation.

Processus de fabrication des piles au lithium

Le système de batterie de puissance est un bloc de batterie qui connecte de nombreuses cellules individuelles en série et en parallèle, et intègre des systèmes matériels de batterie tels que la gestion de l'énergie et la gestion thermique. Le pack est la clé de la production, de la conception et de l'application des systèmes de batteries de puissance, et le lien essentiel entre la production de cellules en amont et l'application dans les véhicules en aval.

En général, les exigences en matière de conception sont présentées par l'usine de batteries ou l'usine automobile, et généralement complétées par l'usine de batteries, l'usine automobile ou l'usine de packs tiers.

La chaîne de production des batteries au lithium est relativement simple. Le processus de base comprend l'alimentation, le collage des supports, le soudage électrique, les essais et d'autres processus. L'équipement de base est une machine de soudage au laser et divers équipements d'essai de collage. À l'heure actuelle, les principaux fabricants d'équipements pour batteries au lithium ont peu de schémas d'intégration de l'automatisation dans ce domaine, tandis que les fabricants d'équipements laser ont une part relativement importante dans le domaine des équipements pour packs en raison de leurs avantages absolus dans le domaine du laser.

Phosphate de fer lithié et technologie des batteries ternaires

À l'heure actuelle, les matériaux de cathode des piles au lithium de grande puissance en Chine sont divisés en deux types : les piles au phosphate de fer-lithium et les piles au phosphate de fer-lithium. pile ternaire au lithium. Parmi eux, le phosphate de fer-lithium est actuellement le matériau de cathode de batterie lithium-ion le plus sûr, et sa durée de vie est généralement supérieure à 2000 fois. Avec la baisse du prix et le seuil technique dû à la maturité de l'industrie, de nombreux fabricants utiliseront des batteries au phosphate de fer-lithium en raison de divers facteurs.

Cependant, les batteries au phosphate de fer lithié présentent des défauts évidents en termes de densité énergétique. À l'heure actuelle, BYD, le principal fabricant de batteries au phosphate de fer lithié, a une densité énergétique de 150 Wh pour les cellules individuelles au phosphate de fer lithié. D'ici à la fin de 2017, BYD augmentera la densité énergétique à 160Wh. En théorie, la densité énergétique du phosphate de fer lithié peut difficilement dépasser 200 GWh.

La pile au lithium à polymère ternaire est une pile au lithium dans laquelle l'oxyde de nickel-cobalt-manganèse est utilisé comme matériau de cathode. La proportion réelle de nickel-cobalt-manganèse peut être ajustée en fonction des besoins spécifiques.

En raison de la densité énergétique plus élevée des batteries ternaires au lithium, le marché des voitures particulières a commencé à se tourner vers les batteries ternaires au lithium, et le phosphate de fer lithié est plus populaire dans les voitures particulières ayant des exigences de sécurité plus élevées. Avec le développement des véhicules de tourisme entièrement électriques, les batteries ternaires au lithium occupent une place de plus en plus importante.

La densité énergétique et le coût des deux matériaux sont différents, et les choix varient en fonction des voitures et des constructeurs automobiles. Le processus de production des deux matériaux est à peu près le même. La différence se reflète principalement dans l'utilisation et la proportion des matériaux, les paramètres spécifiques du processus sont très différents, l'équipement ne peut pas être produit sur la même ligne, et le coût de la simple transformation et de la commutation de la capacité de production est élevé. Par conséquent, plusieurs usines de cellules de batteries déploieront et achèteront simultanément des équipements distincts dans le cadre de la planification des capacités.