¿Cómo se fabrican las baterías?

¿Cómo se fabrican las baterías?

Como el portador de energía central en la nueva era energética, el proceso de producción de las baterías de litio integra los principales logros de la ciencia de los materiales, la fabricación de precisión y la tecnología inteligente. Desde la perspectiva de toda la cadena de la industria, este artículo analiza profundamente el proceso de producción completo de las baterías de litio desde el "polvo" hasta la "celda de batería", que cubre enlaces clave como la preparación del material, el recubrimiento de electrodos, el ensamblaje de la celda de la batería y las pruebas de formación, y combina los parámetros del proceso y la selección de equipos para ayudarlo a dominar la lógica subyacente de fabricación de baterías de litio.

El 70% del rendimiento de las baterías de litio está determinado por las materias primas. La relación y el pretratamiento de materiales activos positivos y negativos, agentes conductores y aglutinantes son el punto de partida del proceso de fabricación.

1.1 Preparación de materiales de electrodo positivos

• Mezcla de materia prima: El óxido de cobalto de litio (LCO), el fosfato de hierro de litio (LFP) o el material ternario (NCM) se usa como matriz y se mezcla con agentes conductores (como el negro de carbono superconductor) y los aglutinantes (PVDF) en proporción.
• Preparación de solución de pegamento: Cuando se usa el proceso húmedo, PVDF debe disolverse en N-metilpirrolidona (NMP) para formar una solución de pegamento con viscosidad estable (rango de viscosidad 2000-4000 MPA · S).
• Dispersión de lodo: La dispersión de alta velocidad es realizada por un mezclador planetario bajo vacío (menor o igual a -0. 085MPA) para garantizar una distribución uniforme de sustancias activas (tamaño de partícula menor o igual a 15 μm).

1.2 Preparación de materiales de electrodos negativos

• Pretratamiento de grafito: El grafito natural\/artificial se mezcla con agente conductivo (nanotubos de carbono) y aglutinante (SBR, CMC) después del fresado y el cribado de bolas, y se usa un disolvente acuoso (conductividad del agua desionizada menor o igual a 1 μs\/cm).
• Control de estabilidad de lodo: La rotura molecular de la cadena larga se evita mediante la mezcla escenificada (mezcla en seco → mezcla húmeda → SBR adición), y la viscosidad se controla a 2000-4000 MPA · S.

Equipo clave: máquina de mezcla de aspiradoras, Nano Sand Mill, dispersador ultrasónico.

El recubrimiento es el proceso central de convertir la suspensión en las láminas de electrodos, lo que afecta directamente la densidad de energía y la vida útil del ciclo de la batería.

2.1 Clasificación de procesos de recubrimiento

• Cubro de cuchilla:Adecuado para un alto contenido sólido en la suspensión (contenido sólido de electrodo positivo 60-70%), precisión del espesor de recubrimiento ± 1 μm.
• Recubrimiento de extrusión de hendidura:Utilizado para el recubrimiento ultra delgado (densidad de superficie del electrodo negativo 8-12 mg\/cm²), uniformidad de borde de ± 0. 2 mm.

2.2 Control de parámetros de secado

• Hornera de electrodo positivo:Diseño de zona de temperatura de múltiples etapas (95-120 grado), residuos de solventes menores o igual a 2000ppm, para evitar grietas y "efecto de cáscara de naranja".
• Hornera de electrodo negativo:Secado a baja temperatura (80-105 grado), evite la oxidación de grafito, el control de humedad inferior o igual a 3000ppm.

Dificultades técnicas: adelgazando el borde de la lámina de electrodo (adelgazamiento del electrodo positivo 20-30 μm, electrodo negativo 10-15 μm), para evitar la concentración de tensión en el área del oído y causar precipitación de litio.

El electrodo recubierto debe ser compactado, la reducción y la soldadura de la pestaña de la batería para formar un conjunto de electrodo estandarizado.

3.1 Proceso de rodadura

• Presionamiento en frío y prensado en caliente:La presión en caliente (80-120 grado) puede aumentar la densidad de compactación (LFP alcanza 2. 4-2. 6g\/cm³) y reducir la velocidad de rebote (electrodo positivo menor o igual a 3 μm).
• Control de alargamiento:Electrodo positivo menor o igual a {{0}}. 2%, electrodo negativo menor o igual a 0.12%, para evitar la rotura durante el devanado.

3.2 Soldadura por la red y las pestañas

• Detección de rebabas:Se usa el instrumento de medición del elemento secundario láser, la altura de las rebabas inferior o igual a 1\/2 espesor del diafragma (como el diafragma de 20 μm, rebabas menores o igual a 10 μm).
• Soldadura ultrasónica:Resistencia a la soldadura de la oreja del polo de aluminio positivo mayor o igual a 8n\/mm², el oído con polo de níquel negativo usa cabezal de soldadura lineal para evitar daños por sobrecorriente.

Equipo clave:prensa de rodillos de alta precisión,máquina de franjas de electrodo, máquina de soldadura de manchas de pestaña de batería.

El diseño preciso de la laminación de las láminas de electrodos y los diafragmas es la garantía central de la seguridad de la celda de la batería y la densidad de energía.

4.1 Proceso de devanado

• Control de tensión:tensión de electrodo positivo {{0}}. 08-0. 15MPa, diferencia de tensión de diafragma menor o igual a 0.03MPa, para evitar arrugas y cinturones rotos.
• Precisión de alineación:Ancho de electrodo negativo> Electrodo positivo 1.5 mm (como el electrodo positivo de 58 mm y electrodo negativo 59.5 mm), desviación centrada en diafragma menor o igual a ± 0. 3 mm.

4.2 Combas e inyección de líquido

• Secado al vacío:Horne de 80 grados durante 4 horas, contenido de humedad menor o igual a 500 ppm, para evitar la descomposición de electrolitos.
• Inyección de electrolitos:Protección de nitrógeno en la caja de guantes (contenido de oxígeno menor o igual a 1 0 ppm), error de cantidad de inyección menor o igual a ± 0.1g, tiempo de inmersión mayor o igual a 8 horas.

Avance técnico:El proceso de apilamiento reemplaza el devanado (como la batería de la cuchilla), la tasa de utilización del espacio aumentó en más del 15%.

La celda de la batería debe someterse a un procesamiento complejo, como la formación, la división de capacidad y el envejecimiento antes de que pueda transformarse en un producto terminado calificado.

5.1 Proceso de formación

• Primera carga y alta:0. 02C activación de corriente pequeña (voltaje 3. 0-4. 2v), la temperatura de formación de la película SEI se controla a 25 ± 2 grados.
• Tratamiento de escape:Presurización de alta temperatura (6 0 grado \/0.5MPA) para descargar gas residual y reducir la tasa de expansión.

5.2 Calificación y detección de capacidad

• Calificación de capacidad:0. 5c Ciclo de carga y descarga, desviación de capacidad menor o igual a ± 3%, diferencia de resistencia interna menor o igual a 5%.
• Prueba de valor k:Voltaje caída menor o igual a 5 mV después de reposar durante 72 horas, detectando celdas de batería anormales de autodescarga.

Actualización inteligente:El sistema de inspección visual de IA logra una tasa de detección de defectos de la pieza de polo (manchas negras, rasguños) mayores o igual a 99.9%.

"Calificación de capacidad: Durante el proceso de fabricación de baterías, debido a las razones del proceso, la capacidad real de la batería no puede ser completamente consistente. El proceso de clasificar las baterías por capacidad a través de ciertas pruebas de carga y descarga utilizandoEquipo de prueba de descarga de carga de la bateríase llama calificación de capacidad ".

Material de electrodo positivo y negativo homogeneización ➯ recubrimiento del electrodo ➯ Rolling de electrodo ➯ Pinco de electrodo ➯ Secado de electrodo ➯ Bobinado de electrodo ➯ Inserción de rollo de gelatina en lata ➯ soldadura de electrodo negativo ➯ Caso de la tapa ➯ Soldadura de tapa ➯ Estrolito de vacío ➯ ➯ Difusión de electrolítico ➯ ➯ ➯ ➯ Formación de la batería ➯batteri

"Formación de la batería:Después de que la batería ensamblada recibe una determinada corriente, se estimulan los materiales activos de los electrodos positivos y negativos de la batería, y finalmente el proceso electroquímico que hace que la batería tenga capacidad de descarga se denomina formación. La batería solo se puede usar como fuente de alimentación después de la formación ".

La producción de baterías de litio debe tener en cuenta la eficiencia y la sostenibilidad, y se requiere la gestión del circuito cerrado desde la recuperación del polvo hasta el tratamiento de aguas residuales.

6.1 Sistema de recuperación de polvo

• Polvo de electrodo positivo:Bolsa de polvo de polvo + Adsorción de carbono activada, tasa de recuperación mayor o igual al 98%.
• Recuperación de NMP:Purificación de la torre de destilación, tasa de reutilización de solventes mayor o igual al 95%.

6.2 Tratamiento de aguas residuales

• Aguas residuales que contienen fluoruro:Precipitación química + tratamiento de ósmosis inversa, concentración de iones de fluoruro inferior o igual a 10 mg\/L.
• Lodo de grafito:Calcinación de alta temperatura para preparar grafito reciclado, tasa de utilización de recursos mayor o igual al 80%.

Proceso de batería de estado sólido:La tecnología de electrodo seco elimina el uso de solventes y reduce el consumo de energía en un 40%.
Fabricación extrema:4680 celda de batería cilíndrica grande con diseño de orejas completa, el ciclo de producción se incrementa a 300 ppm.
Twin digital:Simulación virtual de todo el proceso desde la dispersión de lodo hasta la formación, reduciendo los costos de prueba y error en un 70%.
Desde la dispersión de material a escala a nano a escala hasta un control de calidad inteligente, la fabricación de baterías de litio es una sinfonía precisa que abarca los niveles micro y macro.