Lithium-Ionen-Batterien finden vielfältige Anwendung. Gemäß der Klassifizierung der Anwendungsbereiche lassen sie sich in Energiespeicherbatterien, Leistungsbatterien und Batterien für Unterhaltungselektronik unterteilen.
- Batterien zur Energiespeicherung umfassen Kommunikationsenergiespeicherung, Stromenergiespeicherung, verteilte Energiesysteme usw.;
- Antriebsbatterien werden hauptsächlich im Energiebereich eingesetzt und bedienen unter anderem den Markt für Elektrofahrzeuge und elektrische Gabelstapler.
- Batterien für Unterhaltungselektronik decken den Konsumgüter- und Industriebereich ab, einschließlich intelligenter Messtechnik, intelligenter Sicherheitstechnik, intelligentem Transportwesen, Internet der Dinge usw.
Die Lithium-Ionen-Batterie ist ein komplexes System, das hauptsächlich aus Anode, Kathode, Elektrolyt, Separator, Stromkollektor, Bindemittel, Leitmittel usw. besteht und Reaktionen wie die elektrochemische Reaktion von Anode und Kathode, die Lithiumionenleitung und die elektronische Leitung sowie die Wärmediffusion umfasst.
Der Produktionsprozess von Lithiumbatterien ist relativ lang und umfasst mehr als 50 Arbeitsschritte.
Lithiumbatterien lassen sich nach ihrer Bauform in zylindrische, quadratische Aluminiumgehäuse-, Pouch- und Blade-Batterien unterteilen. Es gibt zwar Unterschiede im Herstellungsprozess, aber im Allgemeinen lässt sich die Lithiumbatteriefertigung in die vorgelagerte Phase (Elektrodenherstellung), die mittlere Phase (Zellsynthese) und die nachgelagerte Phase (Formierung und Verpackung) gliedern.
In diesem Artikel wird der vorgelagerte Prozess der Lithiumbatterieherstellung vorgestellt.
Das Produktionsziel des vorgelagerten Prozesses ist die Fertigstellung der Elektroden (Anode und Kathode). Zu den Hauptprozessschritten gehören: Aufschlämmung/Mischen, Beschichten, Kalandrieren, Schneiden und Stanzen.
Aufschlämmung/Mischen
Beim Mischen der festen Batteriematerialien für Anode und Kathode werden diese gleichmäßig vermischt und anschließend mit Lösungsmittel zu einer Suspension verarbeitet. Das Mischen der Suspension ist der erste Schritt im Produktionsprozess und die Voraussetzung für die nachfolgenden Beschichtungs-, Kalander- und anderen Verfahren.
Lithiumbatterie-Suspension wird in Suspension für positive und negative Elektroden unterteilt. Aktivsubstanzen, Leitkohle, Verdickungsmittel, Bindemittel, Additive, Lösungsmittel usw. werden im entsprechenden Verhältnis in den Mischer gegeben. Durch Mischen entsteht eine gleichmäßige Feststoff-Flüssigkeits-Suspension für die Beschichtung.
Eine qualitativ hochwertige Durchmischung ist die Grundlage für eine qualitativ hochwertige Durchführung des nachfolgenden Prozesses, der sich direkt oder indirekt auf die Sicherheitsleistung und die elektrochemische Leistung der Batterie auswirkt.
Beschichtung
Die Beschichtung ist der Prozess, bei dem positives und negatives Aktivmaterial auf Aluminium- bzw. Kupferfolien aufgebracht und mit Leitmitteln und Bindemitteln zu Elektrodenfolien vermischt werden. Anschließend werden die Lösungsmittel durch Trocknen im Ofen entfernt, sodass sich die feste Substanz mit dem Substrat verbindet und positive und negative Elektrodenfolienspulen entstehen.
Kathoden- und Anodenbeschichtung
Kathodenmaterialien: Es gibt drei Arten von Materialien: laminierte Struktur, Spinellstruktur und Olivinstruktur, die ternären Materialien (und Lithiumcobaltat), Lithiummanganat (LiMn2O4) bzw. Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) entsprechen.
Anodenmaterialien: Die in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Anodenmaterialien umfassen derzeit hauptsächlich Kohlenstoff- und Nicht-Kohlenstoff-Materialien. Zu den Kohlenstoffmaterialien zählen Graphitanoden, die aktuell am häufigsten eingesetzt werden, sowie ungeordnete Kohlenstoffanoden, Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff usw.; zu den Nicht-Kohlenstoff-Materialien gehören Silizium-basierte Anoden, Lithiumtitanat (LTO) und weitere.
Als zentrales Element des vorgelagerten Prozesses hat die Ausführungsqualität des Beschichtungsprozesses einen maßgeblichen Einfluss auf die Konsistenz, Sicherheit und Lebensdauer der fertigen Batterie.
Kalendern
Die beschichtete Elektrode wird anschließend durch Walzen verdichtet, wodurch die aktive Substanz und der Kollektor in engen Kontakt miteinander treten. Dies verkürzt den Elektronenweg, reduziert die Elektrodendicke und erhöht die Beladungskapazität. Gleichzeitig werden der Innenwiderstand der Batterie gesenkt, die Leitfähigkeit erhöht und die Volumenausnutzung verbessert, was wiederum die Batteriekapazität steigert.
Die Planheit der Elektrode nach dem Kalanderprozess beeinflusst direkt den nachfolgenden Schneidprozess. Die Gleichmäßigkeit der aktiven Substanz auf der Elektrode wirkt sich ebenfalls indirekt auf die Zellleistung aus.
Schlitzen
Das Längsschneiden ist das kontinuierliche Aufschneiden einer breiten Elektrodenspule in schmale Scheiben der gewünschten Breite. Dabei wird die Elektrode einer Scherbeanspruchung ausgesetzt und bricht. Die Ebenheit der Schnittkante (keine Grate oder Verformungen) ist entscheidend für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit.
Die Herstellung der Elektrode umfasst das Anschweißen der Elektrodenlasche, das Aufbringen von Schutzklebepapier, das Umwickeln der Elektrodenlasche und das Laserschneiden der Elektrodenlasche für den anschließenden Wickelvorgang. Durch Stanzen wird die beschichtete Elektrode für die weitere Bearbeitung in Form gebracht.
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien sind Genauigkeit, Stabilität und Automatisierung der Anlagen im Herstellungsprozess von Lithiumbatterien von großer Bedeutung.
Als führender Anbieter von Messgeräten für Lithiumelektroden hat Dacheng Precision eine Reihe von Produkten für die Elektrodenmessung im vorgelagerten Prozess der Lithiumbatterieherstellung auf den Markt gebracht, wie z. B. Röntgen-/β-Strahlungs-Flächendichtemessgeräte, CDM-Dicken- und Flächendichtemessgeräte, Laser-Dickenmessgeräte usw.
- Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät
Es eignet sich für die Messung von Beschichtungsbreiten über 1600 mm, unterstützt ultraschnelles Scannen und erkennt Details wie dünnere Stellen, Kratzer und Keramikkanten. Es kann bei geschlossenen Beschichtungsprozessen hilfreich sein.
- Röntgen-/β-Strahlungs-Flächendichtemessgerät
Es wird im Rahmen des Beschichtungsprozesses von Batterieelektroden und des Keramikbeschichtungsprozesses von Separatoren verwendet, um Online-Tests der Flächendichte des Messobjekts durchzuführen.
- CDM-Dicken- und Flächendichtemessgerät
Es kann im Beschichtungsprozess angewendet werden: Online-Erkennung detaillierter Merkmale von Elektroden, wie z. B. fehlende Beschichtung, Materialmangel, Kratzer, Dickenkonturen von Ausdünnungsbereichen, AT9-Dickenmessung usw.;
- Mehrbild-Synchron-Tracking-Messsystem
Es dient dem Beschichtungsprozess von Kathode und Anode in Lithiumbatterien. Mithilfe mehrerer Abtastrahmen führt es synchrone Messungen an den Elektroden durch. Das Fünf-Bild-Synchronmesssystem ermöglicht die Inspektion des Nassfilms, der Nettobeschichtungsmenge und der Elektrode selbst.
- Laser-Dickenmessgerät
Es wird zur Erkennung der Elektrode im Beschichtungsprozess oder Kalanderprozess von Lithiumbatterien verwendet.
- Offline-Dicken- und Dimensionsmessgerät
Es wird verwendet, um die Dicke und Dimension von Elektroden im Beschichtungsprozess oder Kalanderprozess von Lithiumbatterien zu ermitteln, was die Effizienz und Konsistenz verbessert.
Veröffentlichungsdatum: 31. August 2023