Con il rapido sviluppo delbatteria al litioNel settore, gli scenari applicativi delle batterie al litio continuano ad espandersi e a diventare un dispositivo energetico indispensabile nella vita e nel lavoro delle persone. Per quanto riguarda il processo di produzione di batterie al litio personalizzate, esso comprende principalmente ingredienti, rivestimento, laminazione, preparazione, avvolgimento, incapsulamento, laminazione, cottura, iniezione di liquido, saldatura, ecc. Di seguito vengono illustrati i punti chiave del processo di produzione delle batterie al litio. Ingredienti dell'elettrodo positivo L'elettrodo positivo delle batterie al litio è composto da materiali attivi, agenti conduttivi, adesivi, ecc. Innanzitutto, le materie prime vengono confermate e cotte. In generale, l'agente conduttivo deve essere cotto a circa 120 °C per 8 ore e l'adesivo PVDF deve essere cotto a circa 80 °C per 8 ore. La necessità di cottura e asciugatura dei materiali attivi (LFP, NCM, ecc.) dipende dallo stato delle materie prime. Attualmente, un'officina di produzione di batterie al litio richiede generalmente una temperatura ≤40 °C e un'umidità ≤25% RH. Dopo l'asciugatura, è necessario preparare in anticipo la colla PVDF (solvente PVDF, soluzione NMP). La qualità della colla PVDF è fondamentale per la resistenza interna e le prestazioni elettriche della batteria. I fattori che influenzano l'applicazione della colla includono la temperatura e la velocità di agitazione. Maggiore è la temperatura, maggiore sarà l'ingiallimento della colla, che ne comprometterà l'adesione. Se la velocità di agitazione è troppo elevata, la colla può danneggiarsi facilmente. La velocità di rotazione specifica dipende dalle dimensioni del disco di dispersione. In generale, la velocità lineare del disco di dispersione è di 10-15 m/s (a seconda dell'apparecchiatura). In questa fase, è necessario attivare la circolazione dell'acqua nel serbatoio di agitazione e la temperatura deve essere ≤30 °C.

Aggiungere la sospensione catodica a lotti. In questa fase, è necessario prestare attenzione all'ordine di aggiunta dei materiali. Aggiungere prima il materiale attivo e l'agente conduttivo, mescolare lentamente, quindi aggiungere la colla. Anche i tempi e i rapporti di alimentazione devono essere rigorosamente rispettati in base al processo di produzione delle batterie al litio. In secondo luogo, la velocità di rotazione e la velocità di rotazione dell'apparecchiatura devono essere rigorosamente controllate. In generale, la velocità lineare di dispersione dovrebbe essere superiore a 17 m/s. Questo dipende dalle prestazioni del dispositivo. I valori variano notevolmente tra i diversi produttori. Controllare anche il vuoto e la temperatura di miscelazione. In questa fase, è necessario rilevare regolarmente la granulometria e la viscosità della sospensione. La granulometria e la viscosità sono strettamente correlate al contenuto di solidi, alle proprietà del materiale, alla sequenza di alimentazione e al processo di produzione delle batterie al litio. In questa fase, il processo convenzionale richiede una temperatura ≤30℃, un'umidità ≤25%RH e un grado di vuoto ≤-0,085 MPa. Trasferire la sospensione in una vasca di trasferimento o nell'area di verniciatura. Dopo il trasferimento della sospensione, è necessario vagliarla. Lo scopo è filtrare le particelle di grandi dimensioni, precipitare e rimuovere le sostanze ferromagnetiche e altre sostanze. Le particelle di grandi dimensioni possono compromettere il rivestimento e causare un'eccessiva autoscarica della batteria o il rischio di cortocircuito; un'eccessiva quantità di materiale ferromagnetico nella sospensione può causare un'eccessiva autoscarica della batteria e altri difetti. I requisiti di processo per questa produzione di batterie al litio sono: temperatura ≤ 40 °C, umidità ≤ 25% UR, dimensione della maglia del setaccio ≤ 100 mesh e dimensione delle particelle ≤ 15 µm.

Elettrodo negativoIngredienti L'elettrodo negativo della batteria al litio è composto da materiale attivo, agente conduttivo, legante e disperdente. Innanzitutto, confermare le materie prime. Il sistema anodico tradizionale è un processo di miscelazione a base d'acqua (il solvente è acqua deionizzata), quindi non ci sono requisiti di essiccazione speciali per le materie prime. Il processo di produzione della batteria al litio richiede che la conduttività dell'acqua deionizzata sia ≤1 μS/cm. Requisiti dell'officina: temperatura ≤40℃, umidità ≤25% UR. Preparare la colla. Dopo aver determinato le materie prime, è necessario preparare prima la colla (composta da CMC e acqua). A questo punto, versare la grafite C e l'agente conduttivo in un miscelatore per la miscelazione a secco. Si raccomanda di non utilizzare il vuoto o attivare la circolazione dell'acqua, poiché le particelle vengono estruse, sfregate e riscaldate durante la miscelazione a secco. La velocità di rotazione è bassa, 15~20 giri/min, il ciclo di raschiatura e macinazione è 2-3 volte e l'intervallo di tempo è di circa 15 minuti. Versare la colla nel miscelatore e iniziare a creare il vuoto (≤-0,09 mpa). Comprimere la gomma a bassa velocità di 15~20 giri/min per 2 volte, quindi regolare la velocità (bassa velocità 35 giri/min, alta velocità 1200~1500 giri/min) e far funzionare per circa 15-60 minuti a seconda del processo a umido di ciascun produttore. Infine, versare l'SBR nel miscelatore. Si consiglia di mescolare a bassa velocità poiché l'SBR è un polimero a catena lunga. Se la velocità di rotazione è troppo elevata per un lungo periodo, la catena molecolare si romperà facilmente e perderà attività. Si consiglia di mescolare a bassa velocità di 35-40 giri/min e ad alta velocità di 1200-1800 giri/min per 10-20 minuti. Testare la viscosità (2000~4000 mPa.s), la granulometria (35 µm≤), il contenuto di solidi (40-70%), il grado di vuoto e la maglia del setaccio (≤100 mesh). I valori specifici del processo variano a seconda delle proprietà fisiche del materiale e del processo di miscelazione. L'officina richiede una temperatura ≤30℃ e un'umidità ≤25%RH. Rivestimento del catodo Il processo di produzione delle batterie al litio si riferisce all'estrusione o alla spruzzatura della sospensione catodica sulla superficie AB del collettore di corrente in alluminio, con una densità superficiale singola di ≈20~40 mg/cm2 (tipo di batteria ternaria al litio). La temperatura del forno è generalmente superiore a 4-8 nodi e la temperatura di cottura di ciascuna sezione viene regolata tra 95°C e 120°C in base alle esigenze effettive per evitare crepe trasversali e gocciolamento di solvente durante la cottura. Il rapporto di velocità del rullo di trasferimento del rivestimento è 1,1-1,2 e la posizione dello spazio viene assottigliata di 20-30 µm per evitare un'eccessiva compattazione della posizione dell'etichetta a causa della coda durante il ciclo della batteria, che può portare alla precipitazione del litio. Umidità del rivestimento ≤2000-3000 ppm (a seconda del materiale e del processo). La temperatura dell'elettrodo positivo nell'officina è ≤30℃ e l'umidità è ≤25%. Lo schema è il seguente: Schema del nastro di rivestimento

ILproduzione di batterie al litioprocessorivestimento dell'elettrodo negativoSi riferisce all'estrusione o alla spruzzatura di una sospensione di elettrodo negativo sulla superficie AB del collettore di corrente in rame. La densità superficiale singola è di circa 10-15 mg/cm². La temperatura del forno di rivestimento è generalmente suddivisa in 4-8 sezioni (o più), e la temperatura di cottura di ciascuna sezione è di 80-105 °C. Può essere regolata in base alle esigenze effettive per evitare crepe di cottura e crepe trasversali. Il rapporto di velocità del rullo di trasferimento è di 1,2-1,3, lo spazio è assottigliato di 10-15 µm, la concentrazione della vernice è ≤3000 ppm, la temperatura dell'elettrodo negativo nell'officina è ≤30 °C e l'umidità è ≤25%. Dopo che il rivestimento positivo della piastra positiva si è asciugato, il tamburo deve essere allineato entro i tempi di processo. Il rullo viene utilizzato per compattare la lamina dell'elettrodo (la massa del rivestimento per unità di volume). Attualmente, nel processo di produzione delle batterie al litio, esistono due metodi di pressatura dell'elettrodo positivo: pressatura a caldo e pressatura a freddo. Rispetto alla pressatura a freddo, la pressatura a caldo presenta una maggiore compattazione e un minore tasso di rimbalzo. Tuttavia, il processo di pressatura a freddo è relativamente semplice e facile da gestire e controllare. L'attrezzatura principale del rullo è quella di ottenere i seguenti valori di processo: densità di compattazione, tasso di rimbalzo ed allungamento. Allo stesso tempo, va notato che schegge fragili, grumi duri, materiali caduti, bordi ondulati, ecc. non sono ammessi sulla superficie del pezzo di barra e non sono ammesse rotture negli spazi vuoti. In questo momento, la temperatura dell'ambiente di lavoro è: ≤23℃, umidità: ≤25%. La densità reale dei materiali convenzionali attuali:

Compattazione comunemente utilizzata:

Tasso di rimbalzo: rimbalzo generale 2-3 μm

Allungamento: la lamina dell'elettrodo positivo è generalmente ≈1,002

Dopo aver completato il rotolo dell'elettrodo positivo, il passo successivo è dividere l'intero pezzo di elettrodo in piccole strisce della stessa larghezza (corrispondenti all'altezza della batteria). Durante il taglio, prestare attenzione alle bave del pezzo polare. È necessario ispezionare accuratamente i pezzi polari per la presenza di bave nelle direzioni X e Y con l'ausilio di apparecchiature bidimensionali. Processo di lunghezza della bava longitudinale Y≤1/2 H spessore del diaframma. La temperatura ambiente dell'officina deve essere ≤23℃ e il punto di rugiada deve essere ≤-30℃. Il processo di fabbricazione dei fogli di elettrodo negativo per i fogli di elettrodo negativo per batterie al litio è lo stesso di quello degli elettrodi positivi, ma la progettazione del processo è diversa. La temperatura ambiente dell'officina deve essere ≤23℃ e l'umidità deve essere ≤25%. Densità reale dei materiali comuni per elettrodi negativi:

Compattazione dell'elettrodo negativo comunemente utilizzata: Tasso di rimbalzo: rimbalzo generale 4-8 µm Allungamento: piastra positiva generalmente ≈ 1,002 Il processo di produzione della rimozione dell'elettrodo positivo della batteria al litio è simile al processo di rimozione dell'elettrodo positivo, ed entrambi richiedono il controllo delle bave nelle direzioni X e Y. La temperatura ambiente dell'officina dovrebbe essere ≤23℃ e il punto di rugiada dovrebbe essere ≤-30℃. Dopo che la piastra positiva è pronta per essere rimossa, la piastra positiva deve essere asciugata (120°C), quindi il foglio di alluminio viene saldato e imballato. Durante questo processo, è necessario considerare la lunghezza della linguetta e la larghezza di stampaggio. Prendendo come esempio il design **650 (come la batteria 18650), il design con linguette esposte serve principalmente a considerare la ragionevole cooperazione delle linguette del catodo durante la saldatura del cappuccio e della scanalatura di laminazione. Se le linguette del polo sono esposte per troppo tempo, può facilmente verificarsi un cortocircuito tra le linguette del polo e il guscio di acciaio durante il processo di laminazione. Se il terminale è troppo corto, il cappuccio non può essere saldato. Attualmente esistono due tipi di teste di saldatura a ultrasuoni: lineari e a punta. Nei processi nazionali si utilizzano principalmente teste di saldatura lineari per motivi di sovracorrente e resistenza della saldatura. Inoltre, si utilizza una colla ad alta temperatura per coprire le linguette di saldatura, principalmente per evitare il rischio di cortocircuiti causati da bave e detriti metallici. La temperatura ambiente dell'officina deve essere ≤23℃, il punto di rugiada ≤-30℃ e il contenuto di umidità del catodo ≤500-1000 ppm.

Preparazione della lastra negativaLa piastra negativa deve essere asciugata (105-110 °C), quindi le lamine di nichel vengono saldate e confezionate. Occorre inoltre considerare la lunghezza della linguetta di saldatura e la larghezza di formatura. La temperatura ambiente dell'officina deve essere ≤23 °C, il punto di rugiada ≤-30 °C e il contenuto di umidità dell'elettrodo negativo ≤500-1000 ppm. L'avvolgimento consiste nell'avvolgere il separatore, la lamina dell'elettrodo positivo e la lamina dell'elettrodo negativo in un nucleo di ferro tramite una macchina avvolgitrice. Il principio è quello di avvolgere l'elettrodo positivo con l'elettrodo negativo e quindi separare gli elettrodi positivo e negativo tramite un separatore. Poiché l'elettrodo negativo del sistema tradizionale è l'elettrodo di controllo della batteria, la sua capacità è superiore a quella dell'elettrodo positivo, in modo che durante la carica di formazione, gli ioni Li+ dell'elettrodo positivo possano essere immagazzinati nello spazio vuoto dell'elettrodo negativo. È necessario prestare particolare attenzione alla tensione di avvolgimento e alla disposizione dei poli durante l'avvolgimento. Una tensione di avvolgimento troppo bassa influirà sulla resistenza interna e sulla velocità di inserimento dell'involucro. Una tensione eccessiva può comportare il rischio di cortocircuito o scheggiatura. L'allineamento si riferisce alla posizione relativa dell'elettrodo negativo, dell'elettrodo positivo e del separatore. La larghezza dell'elettrodo negativo è di 59,5 mm, quella dell'elettrodo positivo è di 58 mm e quella del separatore è di 61 mm. I tre elementi vengono allineati durante la riproduzione per evitare il rischio di cortocircuito. La tensione di avvolgimento è generalmente compresa tra 0,08 e 0,15 MPa per il polo positivo, tra 0,08 e 0,15 MPa per il polo negativo, tra 0,08 e 0,15 MPa per il diaframma superiore e tra 0,08 e 0,15 MPa per il diaframma inferiore. Le regolazioni specifiche dipendono dall'apparecchiatura e dal processo. La temperatura ambiente di questo laboratorio è ≤23℃, il punto di rugiada è ≤-30℃ e il contenuto di umidità è ≤500-1000 ppm.

Prima di installare il nucleo della batteria avvolto nell'involucro, è necessario un test Hi-Pot da 200~500V (per verificare l'eventuale presenza di cortocircuiti nella batteria ad alta tensione) e un'ulteriore aspirazione per controllare la polvere prima dell'installazione nell'involucro. I tre principali punti critici per le batterie al litio sono umidità, bave e polvere. Dopo aver completato il processo precedente, inserire la guarnizione inferiore nella parte inferiore del nucleo della batteria, piegare la lamina dell'elettrodo positivo in modo che la superficie sia rivolta verso il foro del perno di avvolgimento del nucleo della batteria e infine inserirla verticalmente nell'involucro in acciaio o alluminio. Prendendo come esempio il tipo 18650, il diametro esterno è di circa 18 mm + l'altezza di circa 71,5 mm. Quando l'area della sezione trasversale del nucleo avvolto è inferiore all'area della sezione trasversale interna dell'involucro in acciaio, il tasso di inserimento nell'involucro in acciaio è di circa il 97% - 98,5%. È necessario considerare il valore di rimbalzo del polo e il grado di penetrazione del liquido durante la successiva iniezione. Lo stesso procedimento utilizzato per il sottofondo di superficie prevede l'assemblaggio del sottofondo superiore. La temperatura ambiente dell'officina deve essere ≤23℃ e il punto di rugiada ≤-40℃.

RotolanteSi inserisce un perno di saldatura (solitamente in rame o lega) al centro del nucleo di saldatura. I perni di saldatura comunemente utilizzati hanno dimensioni di Φ2,5*1,6 mm e la forza di saldatura dell'elettrodo negativo deve essere ≥12 N per essere considerata valida. Se è troppo bassa, si rischia di causare saldature incomplete e un'eccessiva resistenza interna. Se è troppo alta, si rischia di saldare via lo strato di nichel sulla superficie dell'involucro in acciaio, con conseguenti giunzioni di saldatura che possono causare pericoli nascosti come ruggine e perdite. In parole semplici, la scanalatura di laminazione serve a fissare il nucleo della batteria avvolto sull'involucro senza oscillazioni. Nel processo di produzione di questa batteria al litio, è necessario prestare particolare attenzione all'accoppiamento tra la velocità di estrusione trasversale e la velocità di pressatura longitudinale per evitare di tagliare l'involucro a una velocità trasversale troppo elevata, altrimenti lo strato di nichel della scanalatura si staccherà o l'altezza della scanalatura sarà compromessa, con conseguente insufficiente tenuta. È necessario verificare che i valori di processo per la profondità, l'estensione e l'altezza della scanalatura siano conformi agli standard (mediante calcoli pratici e teorici). Le dimensioni comuni delle frese sono 1,0, 1,2 e 1,5 mm. Dopo aver completato la laminazione della scanalatura, l'intera macchina deve essere nuovamente aspirata per evitare detriti metallici. Il grado di vuoto deve essere ≤-0,065 MPa e il tempo di aspirazione deve essere di 1~2 s. I requisiti di temperatura ambiente di questo reparto sono ≤23℃ e il punto di rugiada è ≤-40℃. Cottura del nucleo della batteria Dopo la laminazione e la scanalatura dei fogli cilindrici della batteria, il successivo processo di produzione delle batterie al litio è molto importante: la cottura. Durante la produzione delle celle della batteria, viene introdotta una certa quantità di umidità. Se l'umidità non può essere controllata entro l'intervallo standard in tempo, le prestazioni e la sicurezza della batteria saranno seriamente compromesse. Generalmente, per la cottura viene utilizzato un forno sottovuoto automatico. Disporre ordinatamente le celle da cuocere, inserire l'essiccante nel forno, impostare i parametri e portare la temperatura a 85 °C (prendendo come esempio le batterie al litio ferro fosfato). Di seguito sono riportati gli standard di cottura per diverse specifiche di celle di batteria:

Iniezione di liquidiIl processo di produzione delle batterie al litio prevede un test di umidità delle celle cotte. Solo dopo aver raggiunto gli standard di cottura precedenti si può procedere alla fase successiva: l'iniezione dell'elettrolita. Le batterie cotte vengono rapidamente inserite in una camera a guanti sottovuoto, pesate e il peso viene registrato. Si posiziona il contenitore per l'iniezione e si aggiunge la quantità di elettrolita prevista (di solito si esegue un test di immersione in liquido: si immerge la batteria al centro del contenitore). Il nucleo della batteria viene immerso nell'elettrolita, lasciato in ammollo per un certo periodo di tempo, si verifica la massima capacità di assorbimento del liquido (di solito si riempie il contenitore con il liquido in base al volume sperimentale), si inserisce il tutto in una camera a vuoto per creare il vuoto (grado di vuoto ≤ -0,09 MPa) e si accelera la penetrazione dell'elettrolita nell'elettrodo. Dopo diversi cicli, si rimuovono i componenti della batteria e li si pesa. Si calcola se il volume di iniezione corrisponde al valore previsto. Se è inferiore, è necessario rabboccare. Se è superiore, è sufficiente eliminare l'eccesso fino a raggiungere il valore previsto. L'ambiente all'interno della camera a guanti richiede una temperatura ≤23℃ e un punto di rugiada ≤-45℃.

SaldaturaDurante il processo di produzione di questa batteria al litio, il coperchio della batteria deve essere posizionato preventivamente nella camera a guanti. Successivamente, il coperchio deve essere fissato allo stampo inferiore della saldatrice a ultrasuoni con una mano, mentre il nucleo della batteria deve essere tenuto fermo con l'altra. Allineare il terminale positivo della cella della batteria con il terminale del coperchio. Dopo aver verificato l'allineamento del terminale positivo con il terminale del coperchio, salire sulla saldatrice a ultrasuoni. Quindi premere il pedale della saldatrice. Infine, l'unità batteria deve essere ispezionata completamente per verificare l'efficacia della saldatura dei terminali.

Verificate che le linguette di saldatura siano allineate.

Tira delicatamente la linguetta di saldatura per verificare se è allentata.

Le batterie il cui coperchio non è saldato saldamente devono essere risaldate.