Wie bereits erwähnt, lässt sich ein typischer Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien in drei Phasen unterteilen: die Elektrodenherstellung (Front-End-Prozess), die Zellsynthese (Middle-End-Prozess) und die Formierung und Verpackung (Back-End-Prozess). Wir haben den Front-End-Prozess bereits vorgestellt; dieser Artikel konzentriert sich auf den Middle-End-Prozess.
Der mittlere Prozessschritt bei der Lithiumbatterieherstellung ist die Montage. Ziel dieses Prozesses ist die Fertigstellung der Zellen. Konkret geht es darum, die im vorherigen Prozessschritt hergestellten (positiven und negativen) Elektroden mit dem Separator und dem Elektrolyten geordnet zusammenzufügen.
Aufgrund der unterschiedlichen Energiespeicherstrukturen der verschiedenen Lithiumbatterietypen, einschließlich prismatischer Aluminiumgehäusebatterien, zylindrischer Batterien, Pouch-Batterien, Blade-Batterien usw., gibt es deutliche Unterschiede in ihrem technischen Prozess im mittleren Phasenstadium.
Der mittlere Produktionsschritt bei prismatischen Aluminiumgehäusebatterien und zylindrischen Batterien umfasst das Wickeln, die Elektrolyteinspritzung und die Verpackung.
Der mittlere Prozessschritt bei Pouch- und Blade-Batterien umfasst das Stapeln, die Elektrolyteinspritzung und die Verpackung.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Verfahren liegt im Wickel- und Stapelprozess.
Wicklung
Beim Wickelvorgang der Zelle werden Kathode, Anode und Separator gemeinsam durch eine Wickelmaschine gewickelt. Benachbarte Kathoden und Anoden werden durch den Separator voneinander getrennt. In Längsrichtung der Zelle ragt der Separator über die Anode hinaus und umgekehrt, um Kurzschlüsse durch direkten Kontakt zwischen Kathode und Anode zu vermeiden. Nach dem Wickeln wird die Zelle mit Klebeband fixiert, um ein Auseinanderfallen zu verhindern. Anschließend wird sie dem nächsten Prozessschritt zugeführt.
Dabei ist es wichtig sicherzustellen, dass kein physischer Kontakt zwischen der positiven und der negativen Elektrode besteht und dass die negative Elektrode die positive Elektrode sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung vollständig abdecken kann.
Aufgrund der Eigenschaften des Wickelprozesses eignet er sich nur zur Herstellung von Lithiumbatterien mit regelmäßiger Form.
Stapeln
Im Gegensatz dazu werden beim Stapelverfahren die positiven und negativen Elektroden sowie der Separator zu einer Stapelzelle übereinandergestapelt, mit der Lithiumbatterien in regulären oder ungewöhnlichen Formen hergestellt werden können. Es bietet eine höhere Flexibilität.
Beim Stapeln werden üblicherweise die positiven und negativen Elektroden sowie der Separator Schicht für Schicht in der Reihenfolge positive Elektrode-Separator-negative Elektrode übereinandergestapelt, um mit dem Stromkollektor eine Stapelzelle zu bilden.wie die Laschen. Die Stapelmethoden reichen vom direkten Stapeln, bei dem das Trennblatt abgeschnitten wird, bis zum Z-Falten, bei dem das Trennblatt nicht abgeschnitten wird und die Teile in Z-Form gestapelt werden.
Beim Stapelverfahren treten keine Biegungen der Elektrodenfolien auf, und das beim Wickeln auftretende Problem der „C-Ecke“ wird vermieden. Dadurch kann der Eckraum im Inneren des Gehäuses optimal genutzt werden, und die Kapazität pro Volumeneinheit ist höher. Im Vergleich zu Lithiumbatterien, die im Wickelverfahren hergestellt werden, bieten Lithiumbatterien aus dem Stapelverfahren deutliche Vorteile hinsichtlich Energiedichte, Sicherheit und Entladeverhalten.
Das Wickelverfahren blickt auf eine relativ lange Entwicklungsgeschichte zurück, ist ausgereift, kostengünstig und bietet eine hohe Ausbeute. Mit der Entwicklung von Elektrofahrzeugen hat sich das Stapelverfahren jedoch aufgrund seiner Vorteile wie hoher Ausnutzungsgrad, stabiler Struktur, geringem Innenwiderstand und langer Lebensdauer zu einer vielversprechenden Alternative entwickelt.
Ob Wickel- oder Stapelverfahren – beide haben deutliche Vor- und Nachteile. Stapelbatterien erfordern mehrere Elektrodenabschnitte, was zu einem größeren Querschnitt als bei Wickelbatterien führt und das Risiko von Graten erhöht. Bei Wickelbatterien hingegen entsteht Platzverlust an den Ecken, und ungleichmäßige Wickelspannung sowie Verformungen können zu Inhomogenitäten führen.
Daher ist eine anschließende Röntgenuntersuchung von äußerster Wichtigkeit.
Röntgenuntersuchung
Die fertigen Wicklungs- und Stapelbatterien sollten geprüft werden, um sicherzustellen, dass ihre innere Struktur dem Produktionsprozess entspricht, z. B. die Ausrichtung der Stapel- oder Wicklungszellen, die innere Struktur der Anschlüsse und der Überstand der positiven und negativen Elektroden usw., um die Produktqualität zu kontrollieren und zu verhindern, dass unqualifizierte Zellen in die nachfolgenden Prozesse gelangen;
Für Röntgenprüfungen hat Dacheng Precision eine Reihe von Röntgenbildgebungsgeräten auf den Markt gebracht:
Offline-Röntgen-CT-Batterieinspektionsgerät
Offline-Röntgen-CT-Batterieinspektionsgerät: 3D-Bildgebung. Durch die Schnittansicht lassen sich Überstände in Längs- und Breitenrichtung der Zelle direkt erkennen. Die Messergebnisse werden nicht durch Elektrodenfasen, Biegungen, Laschen oder Keramikkanten der Kathode beeinträchtigt.
Röntgen-Inline-Wicklungsbatterie-Inspektionsmaschine
Röntgenprüfmaschine für die Inline-Batteriewicklung: Diese Anlage ist an die vorgelagerte Förderanlage angedockt und ermöglicht die automatische Aufnahme der Batteriezellen. Die Batteriezellen werden in die Anlage eingelegt und einem internen Zyklentest unterzogen. Defekte Zellen werden automatisch aussortiert. Bis zu 65 Lagen Innen- und Außenringe werden vollständig geprüft.
Röntgen-Inline-Zylinderbatterie-Inspektionsgerät
Das Gerät sendet Röntgenstrahlen durch eine Röntgenquelle aus, die durch die Batterie hindurchdringen. Die Röntgenbilder werden vom Bildgebungssystem empfangen und aufgenommen. Anschließend werden die Bilder mithilfe einer eigens entwickelten Software und Algorithmen verarbeitet. Das System misst und bestimmt automatisch, ob es sich um einwandfreie Produkte handelt und sortiert fehlerhafte Produkte aus. Vorder- und Rückseite des Geräts können mit der Produktionslinie verbunden werden.
Röntgen-Inline-Batteriestapel-Inspektionsgerät
Das Gerät ist mit der vorgelagerten Übertragungsleitung verbunden. Es entnimmt Zellen automatisch und leitet sie zur internen Schleifenprüfung in das Gerät. Negative Zellen (NG) werden automatisch aussortiert, während intakte Zellen (OK) automatisch auf die Übertragungsleitung und in das nachgelagerte Gerät eingespeist werden, um eine vollautomatische Prüfung zu gewährleisten.
Röntgen-Inline-Digitalbatterie-Inspektionsgerät
Das Gerät ist mit der vorgelagerten Übertragungsleitung verbunden. Es kann Zellen automatisch oder manuell entnehmen und diese anschließend zur internen Schleifenprüfung in das Gerät einlegen. Fehlerhafte Batterien werden automatisch aussortiert, einwandfreie Batterien werden automatisch in die Übertragungsleitung oder auf eine Platte eingespeist und zur nachgelagerten Anlage transportiert, um eine vollautomatische Prüfung zu gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 13. September 2023