Manuel complet pour le processus de production de batteries au lithium

Manuel complet pour le processus de production de batteries au lithium

Les batteries ioniques sont un système complexe qui comprend une électrode positive, une électrode négative, un séparateur, un électrolyte, un collecteur et un liant de courant, un agent conducteur, etc. Les réactions impliquées comprennent les réactions électrochimiques des électrodes positives et négatives, la conduction des ions lithium et des électrons et la diffusion de chaleur. Le processus de production des batteries au lithium est relativement long, impliquant plus de 50 processus.

Les batteries au lithium peuvent être divisées en batteries cylindriques, batteries carrées et batteries soft pack selon leur forme, avec certaines différences dans les processus de production. Cependant, dans l’ensemble, le processus de fabrication des batteries au lithium peut être divisé en processus avant (fabrication d’électrodes), processus intermédiaire (synthèse cellulaire) et processus arrière (formation et emballage). En raison des exigences élevées en matière de performances de sécurité des batteries lithium-ion, il existe des exigences extrêmement élevées en matière de précision, de stabilité et de niveau d'automatisation des équipements lithium-ion dans le processus de fabrication des batteries.

L'équipement de batterie au lithium est un équipement de traitement qui utilise des processus ordonnés pour fabriquer des matières premières telles que des matériaux d'électrodes positives et négatives, des matériaux de séparateur et de l'électrolyte. L’équipement des batteries au lithium a un impact significatif sur les performances et le coût des batteries au lithium et constitue l’un des facteurs déterminants. Selon différents flux de processus, les équipements de batterie au lithium peuvent être divisés en équipements front-end, équipements intermédiaires et équipements back-end. Dans la chaîne de production de batteries au lithium, la valeur des équipements front-end, intermédiaire et back-end représente environ 4:3:3.

L'objectif de production du processus précédent est d'achever la fabrication des plaques d'électrodes (positives et négatives). Le processus principal de l’étape précédente comprend le mélange, le revêtement, le laminage, le refendage, le tranchage et la découpe. Les équipements concernés comprennent principalement : un mélangeur, une machine d'enduction, une presse à rouleaux, une machine à refendre, une machine à trancher, une machine de découpe, etc.

Le mélange de boue (équipement utilisé : mélangeur sous vide) consiste à mélanger uniformément les matériaux positifs et négatifs de la batterie à semi-conducteurs, puis à ajouter du solvant pour les incorporer à la boue. Le mélange de boues est le point de départ du processus précédent et la base pour terminer les processus ultérieurs de revêtement, de laminage et autres.

Le revêtement (équipement utilisé : machine de revêtement) consiste à enduire uniformément la boue agitée sur la feuille métallique et à la sécher pour fabriquer des plaques positives et négatives. En tant que maillon central du processus précédent, la qualité d’exécution du processus de revêtement affecte profondément la cohérence, la sécurité et la durée de vie de la batterie finie. Par conséquent, la machine de revêtement est l’équipement le plus précieux du processus précédent.

Le pressage à rouleaux (équipement utilisé : presse à rouleaux) consiste à compacter davantage l'électrode enrobée, augmentant ainsi la densité énergétique de la batterie. La planéité de l'électrode laminée affecte directement l'effet de traitement du processus de refendage ultérieur, et l'uniformité des substances actives dans l'électrode affecte également indirectement les performances de la cellule de batterie.

Le fendage (équipement utilisé : machine à refendre) est le processus consistant à fendre en continu une large bobine de pièces polaires en plusieurs morceaux étroits de la largeur requise. La rupture par rupture de la plaque d'électrode pendant la coupe est causée par l'action de cisaillement, et la douceur du bord après la coupe (sans bavures ni flambage) est la clé pour évaluer les performances de la machine à refendre.

La production (équipement utilisé : machine de production) comprend le soudage des oreilles d'électrode des morceaux d'électrode coupés, l'application d'un ruban protecteur, l'enveloppement des oreilles d'électrode avec de la colle ou l'utilisation de la découpe au laser pour former les oreilles d'électrode, qui peuvent être utilisées pour les processus d'enroulement ultérieurs. Le découpage (équipement utilisé : machine de découpage) est le processus de poinçonnage et de formage de plaques polaires revêtues pour les processus ultérieurs.

L’objectif de production du processus intermédiaire est d’achever la fabrication des cellules de batterie. Il existe des différences dans la feuille de route technologique et l'équipement de la chaîne de production à mi-processus des différents types de batteries au lithium. L'essence du processus intermédiaire est le processus d'assemblage, en particulier l'assemblage ordonné des plaques d'électrodes (positives et négatives) fabriquées à partir du processus précédent avec le diaphragme et l'électrolyte. En raison des différentes structures de stockage d'énergie des batteries carrées (en rouleaux), cylindriques (en rouleaux) et flexibles (en couches), il existe des différences évidentes dans la feuille de route technologique et l'équipement de la chaîne de production des différents types de batteries au lithium au cours du processus intermédiaire. Plus précisément, les principaux processus de l’étape intermédiaire des batteries carrées et cylindriques comprennent le bobinage, l’injection de liquide et l’emballage. Les équipements impliqués comprennent principalement : une bobineuse, une machine d'injection de liquide, un équipement d'emballage (machine d'insertion de coque, machine à rouler les rainures, machine à sceller, machine à souder), etc. Le processus principal de l'étape intermédiaire de la batterie souple comprend le laminage, l'injection de liquide et l'emballage, et l'équipement impliqué comprend principalement la machine de laminage, la machine d'injection de liquide, l'équipement d'emballage, etc.

L'enroulement (équipement utilisé : bobineuse) est le processus d'enroulement des plaques d'électrodes produites par le processus de production ou la machine de découpe d'enroulement dans des cellules de batterie lithium-ion, principalement utilisées pour la production de batteries lithium-ion carrées et circulaires. La bobineuse peut être divisée en deux catégories : la bobineuse carrée et la bobineuse cylindrique, qui sont respectivement utilisées pour la production de batteries au lithium carrées et cylindriques. Comparé au bobinage cylindrique, le processus de bobinage carré a des exigences plus élevées en matière de contrôle de tension, de sorte que la difficulté technique de la machine à bobinage carré est plus grande.

Le laminage (équipement utilisé : machine à plastifier) ​​est le processus d'empilage de plaques d'électrodes individuelles produites lors du processus de découpe dans des cellules de batterie lithium-ion, principalement utilisées pour la production de batteries souples. Par rapport aux cellules carrées et cylindriques, les cellules souples présentent des avantages significatifs en termes de densité énergétique, de sécurité et de performances de décharge. Cependant, la réalisation d'une seule tâche d'empilage par une machine à plastifier implique plusieurs sous-processus en parallèle et une collaboration entre mécanismes complexes, et l'amélioration de l'efficacité de l'empilement nécessite de résoudre des problèmes de contrôle dynamique complexes ; La vitesse de la bobineuse est directement liée à l'efficacité du bobinage, et les moyens d'améliorer l'efficacité sont relativement simples. À l’heure actuelle, il existe un écart en termes d’efficacité de production et de rendement entre les cellules laminées et les cellules enroulées.

La machine à injection de liquide (équipement utilisé : machine à injection de liquide) permet d'injecter quantitativement l'électrolyte de la batterie dans la cellule.

L'emballage des cellules (à l'aide d'équipements tels qu'une machine d'insertion de coque, une machine à rouler les rainures, une machine à sceller, une machine à souder) consiste à placer le noyau de la bobine dans la coque de la cellule.

L'objectif de production de la dernière étape du processus est d'achever la transformation en emballage. À partir de l'étape intermédiaire, la structure fonctionnelle de la cellule de batterie au lithium a été formée, et l'importance de cette dernière étape est de l'activer, de subir des tests, un tri et un assemblage, et de former un produit de batterie au lithium sûr et stable. Les principaux processus de l'étape ultérieure du processus comprennent : la formation, la séparation, les tests, le tri, etc. Les équipements impliqués comprennent principalement : les moteurs de charge et de décharge, les équipements de test, etc.

La formation (à l'aide d'un moteur de charge et de décharge) est le processus d'activation de la cellule de la batterie lors de la première charge, au cours de laquelle un film de passivation efficace (film SEI) est généré sur la surface de l'électrode négative pour réaliser « l'initialisation » de la batterie au lithium. La capacité de division (équipement utilisé : moteur de charge et de décharge), également connue sous le nom de « capacité d'analyse », fait référence au processus de charge et de décharge de la cellule de batterie convertie selon les normes de conception pour mesurer la capacité de la cellule de batterie. Le processus de charge et de décharge de la cellule de batterie passe par le processus de formation et de séparation de capacité, de sorte que le moteur de charge et de décharge est l'équipement de noyau arrière le plus couramment utilisé. L'unité de travail minimale d'un moteur de charge et de décharge est le « canal ». Une « unité » (BOX) est composée de plusieurs « canaux » et plusieurs « unités » sont combinées pour former un moteur de charge et de décharge.

Les tests (équipement utilisé : équipement de test) doivent être effectués avant et après la charge, la décharge et le repos ; Le tri fait référence à la classification et à la sélection des batteries qui ont été formées et divisées selon certaines normes basées sur les résultats de détection. L'importance du processus de détection et de tri n'est pas seulement d'éliminer les produits non qualifiés, mais aussi parce que dans les applications pratiques des batteries lithium-ion, les cellules sont souvent combinées en parallèle ou en série. Par conséquent, la sélection de cellules ayant des performances similaires peut aider à obtenir des performances globales optimales de la batterie.

La production de batteries au lithium ne peut être séparée des équipements de production de batteries au lithium. Outre les matériaux utilisés dans la batterie elle-même, le processus de fabrication et les équipements de production sont des facteurs importants qui déterminent les performances de la batterie. Au début, les équipements chinois pour batteries au lithium dépendaient principalement des importations. Après plusieurs années de développement rapide, les entreprises chinoises d'équipement de batteries au lithium ont progressivement dépassé les entreprises d'équipement japonaises et coréennes en termes de technologie, d'efficacité, de stabilité et d'autres aspects, et présentent des avantages en termes de rentabilité, de maintenance après-vente et d'autres aspects. À l'heure actuelle, un groupe d'entreprises nationales d'équipements pour batteries au lithium a été formé et est devenu une carte de visite pour les équipements haut de gamme chinois entrant sur le marché international. Avec l'alliance verticale et l'expansion à l'étranger des leaders des batteries au lithium, les équipements de batteries au lithium ont bénéficié de l'expansion en aval et ont inauguré une nouvelle période d'opportunités de croissance rapide.