Analiza procesa proizvodnje litij-ionske baterije i ključnih kontrolnih točaka

Kao osnovna jedinica za pohranu energije u novoj energetskoj industriji, litij-ionske baterije zahtijevaju složene i precizne proizvodne procese. Ovaj članak koristi cilindričnu litij-ionsku bateriju 18650 kao primjer za analizu procesa proizvodnje baterije, ključnih kontrolnih točaka i utjecaja različitih koraka procesa na performanse i sigurnost baterije. Nadalje, kombiniranjem konstrukcijskog dizajna prizmatičnih baterija i aluminijskih kućišta za litij-ionske pakete baterija, istražuje se kompatibilnost različitih tipova kućišta (uključujući kućišta prizmatičnih ćelija i aluminijsko kućište paketa) s procesom proizvodnje.

 

 

1. Elektrokemijski principi

Litij-ionske baterije sastoje se od pozitivne elektrode, negativne elektrode, separatora i elektrolita. Punjenje i pražnjenje postižu se interkalacijom i deinterkalacijom litijevih iona (Li⁺) između pozitivne i negativne elektrode. Tijekom punjenja, Li⁺ se interkalira iz pozitivne elektrode u negativnu elektrodu; tijekom pražnjenja, proces se obrće. Ova reverzibilna reakcija interkalacije daje litij-ionskim baterijama visoku gustoću energije i izvrsne performanse ciklusa.

 

2. Struktura baterije i vrsta kućišta

Tipična ćelija litij-ionske baterije sastoji se od elektroda, separatora, elektrolita, jezičaka i kućišta. Uobičajene vrste kućišta koje su trenutno dostupne uključuju čelik, nikal i aluminij. Aluminijska kućišta baterija, zbog svoje izvrsne toplinske vodljivosti, lagane konstrukcije i otpornosti na koroziju, naširoko se koriste u sektorima napajanja i skladištenja energije. Prizmatična aluminijska kućišta i aluminijske školjke s litijevim ćelijama prevladavaju u novim energetskim vozilima i elektranama za pohranu energije.

 

Na primjer, aluminijsko kućište 3003-H14, zbog svoje izvrsne duktilnosti i mehaničke čvrstoće, pokazuje izvrsnu sposobnost oblikovanja i izdržljivost u proizvodnji LFP aluminijskih kućišta baterija i LiFePo4 prizmatičnih baterijskih aluminijskih ćelija.

 

 

 

Proces proizvodnje litij-ionske baterije općenito se dijeli u tri faze: pret{1}}proizvodnja, post-proizvodnja te pregled i testiranje. Svaki stupanj izravno utječe na dosljednost i pouzdanost baterijskih ćelija.

 

(I) Prednji-proces: Formiranje jezgre

Početni -proces uključuje deset koraka: miješanje kaše, premazivanje, prešanje valjka, rezanje, postavljanje listova, namotavanje, umetanje kućišta, zavarivanje dna, žljebljenje valjka i pečenje. Glavni cilj je prerada materijala pozitivnih i negativnih elektroda u prahu u stabilne jezgre.

 

Miješanje gnojnice i premazivanje:Prašak pozitivne i negativne elektrode, vodljivo sredstvo i vezivo miješaju se u omjeru kako bi se formirala suspenzija, koja se zatim ravnomjerno nanosi na kolektor struje. Debljina i ujednačenost premaza izravno utječu na gustoću energije i vijek trajanja baterije.

 

Prešanje valjaka i rezanje:Prešanje valjka prilagođava gustoću, debljinu i zbijenost listova elektrode. Tijekom rezanja moraju se izbjegavati neravnine i lomljenje kako bi se spriječili kratki spojevi. Ovaj korak zahtijeva visoku čistoću i kontrolu niske vlažnosti kako bi se spriječilo da vlaga utječe na elektrokemijsku izvedbu.

 

Namatanje i umetanje kućišta:Cilindrične ćelije nastaju postupkom namotavanja, dok se prizmatične ćelije ili ćelije s kućištem prizmatičnih ćelija formiraju postupkom slaganja. Prilikom umetanja jezgre u kućište, dimenzije kućišta moraju biti točno usklađene. To posebno vrijedi za aluminijska kućišta za litij-ionske pakete baterija, gdje kontrola tolerancije kućišta izravno utječe na brtvljenje i otpornost na pritisak.

 

Donje zavarivanje i valjanje utora
Negativni jezičak i kućište zavareni su zajedno kako bi formirali krug. Prilikom zavarivanja aluminijskih prizmatičnih kućišta, zona pod utjecajem topline (HAZ) mora se kontrolirati kako bi se spriječila oksidacija i slabljenje aluminijske kutije.

 

Pečenje i odvlaživanje
Pečenje uklanja vlagu iz jezgre, održavajući tragove vlage na razini ppm kako bi se osigurala stabilna reakcija s elektrolitom.

 

(II) Pozadinski-proces: pakiranje i punjenje tekućinom

 

Tekuće punjenje
Nakon ubrizgavanja elektrolita, elektroda mora biti potpuno natopljena. Kontrola volumena injekcije, temperature i vlažnosti je ključna. Pretjerano punjenje elektrolitom može uzrokovati širenje baterije ili prerano otvaranje sigurnosnog ventila; nedovoljno punjenje elektrolitom može dovesti do gubitka kapaciteta i rizika od litijske presvlake.

 

Zavarivanje i brtvljenje
Zavarivanje i brtvljenje pokrovne ploče određuju zrakonepropusnost baterije. Za kvadratno pakirano aluminijsko kućište ili aluminijsko kućište s litijevim ćelijama potrebna je precizna tehnologija laserskog zavarivanja kako bi se osiguralo potpuno brtvljenje.

 

Čišćenje i snimanje
Uklonite zaostalu tekućinu i nečistoće s vanjskog omotača kako biste spriječili koroziju elektrolita. Vanjska termoskupljajuća folija osigurava izolaciju između pozitivne i negativne elektrode, sprječava vanjske kratke spojeve i poboljšava kvalitetu izgleda.

 

(III) Faza probira i testiranja

Nakon formiranja baterijskih ćelija, one se podvrgavaju aktivaciji, formiranju, starenju, sortiranju i ocjenjivanju kapaciteta kako bi se osigurala tvornička dosljednost i sigurnost.

 

Aktivacija i formiranje
Aktivacija osigurava da elektrolit u potpunosti prodre kroz elektrode. Formiranje je prvi proces punjenja, stvarajući stabilan SEI film. Kontrola parametara struje, napona i temperature ključna je za produljenje vijeka baterijskih ćelija.

 

Starenje i sortiranje
Starenje uključuje skladištenje konstantne temperature kako bi se otkrio pad napona i rizici unutarnjeg kratkog spoja. Razvrstavanje kategorizira ćelije prema unutarnjem otporu i kapacitetu, osiguravajući dosljednost za naknadno podudaranje modula.

 

Kapacitet i grupiranje
Otprema se vrši prema ocjenjivanju kapaciteta kako bi se osiguralo usklađivanje performansi LiFePo4 prizmatičnih baterijskih aluminijskih ćelija tijekom sastavljanja, poboljšavajući energetsku učinkovitost sustava i vijek trajanja.

 

 

Kućište ćelija litij-ionske baterije nije samo mehanički zaštitni sloj, već je i ključna komponenta za stabilnost elektrokemijskog sustava. Korištenje kućišta od aluminijske legure kao što je 3003-H14 aluminijsko kućište, aluminijsko prizmatično kućište ili LFP baterijsko aluminijsko kućište značajno poboljšava upravljanje toplinom i čvrstoću strukture.

 

Toplinska vodljivost:Aluminijska kućišta odvode toplinu učinkovitije od čeličnih kućišta, što ih čini prikladnima za visoko-pražnjenje i okruženja visoke-temperature.

 

Prednost male težine:Aluminijska kućišta baterija imaju samo jednu{0}}trećinu gustoće od čeličnih kućišta, što pridonosi smanjenju težine vozila.

 

Kompatibilnost formiranja:Aluminijske ljuske s prizmatičnim ćelijama pokazuju izvrsnu duktilnost tijekom utiskivanja i istezanja, što ih čini prikladnima za masovnu proizvodnju.

 

Otpornost na koroziju i brtvljenje:Kućišta od aluminijske legure mogu se anodizirati kako bi se stvorio gusti zaštitni sloj, čime se povećava sigurnost.

 

Stoga, od proizvodnje jezgre do oblikovanja kućišta, precizna proizvodnja i kvaliteta površinske obrade aluminijskog kućišta za litij-ionske pakete baterija presudni su za osiguranje sigurnosti i dosljednosti baterije.

 

 

 

Proizvodnja litij-ionskih baterija sustavan je projekt koji uključuje materijale, elektrokemiju, strojnu obradu i automatiziranu kontrolu. S brzim razvojem nove energetske industrije, potražnja za prizmatičnim kućištima ćelija i LiFePo4 prizmatičnim baterijskim aluminijskim ćelijama nastavlja rasti, a tehnologija kućišta od aluminijske legure postaje ključni fokus za optimizaciju performansi baterije.

 

Optimiziranjem procesa proizvodnje, preciznom kontrolom vlažnosti okoline i striktnim pridržavanjem standarda za kućište i pakiranje, pouzdanost i životni vijek aluminijskih kućišta za litij-ionske pakete baterija mogu se značajno poboljšati, pružajući sigurnija i učinkovitija rješenja za pohranu energije za nove sustave napajanja energijom.