Der Front-End-Prozess in der Lithiumbatterieproduktion

Lithium-Ionen-Batterien haben ein breites Anwendungsspektrum. Nach der Klassifizierung der Anwendungsbereiche kann man sie in Batterien zur Energiespeicherung, Power-Batterien und Batterien für die Unterhaltungselektronik unterteilen.

• Die Batterie zur Energiespeicherung umfasst Kommunikationsenergiespeicher, Energiespeicher, verteilte Energiesysteme usw.;
• Leistungsbatterien werden hauptsächlich im Energiebereich eingesetzt und bedienen den Markt einschließlich neuer Energiefahrzeuge, Elektrogabelstapler usw.;
• Batterien für Unterhaltungselektronik decken den Verbraucher- und Industriebereich ab, einschließlich Smart Metering, intelligente Sicherheit, intelligentes Transportwesen, Internet der Dinge usw.

Lithium-Ionen-Batterien sind ein komplexes System, das hauptsächlich aus Anode, Kathode, Elektrolyt, Separator, Stromkollektor, Bindemittel, leitfähigem Mittel usw. besteht und Reaktionen einschließlich der elektrochemischen Reaktion von Anode und Kathode, der Lithiumionenleitung und der elektronischen Leitung umfasst als Wärmediffusion.

Der Herstellungsprozess von Lithiumbatterien ist relativ langwierig und umfasst mehr als 50 Prozesse.

Lithiumbatterien können je nach Form in zylindrische Batterien, quadratische Aluminiumschalenbatterien, Beutelbatterien und Klingenbatterien unterteilt werden. Es gibt einige Unterschiede in ihrem Produktionsprozess, aber insgesamt kann der Herstellungsprozess von Lithiumbatterien in den Front-End-Prozess (Elektrodenherstellung), den Mittelstufenprozess (Zellsynthese) und den Back-End-Prozess (Formation und Verpackung) unterteilt werden.

In diesem Artikel wird der Front-End-Prozess der Herstellung von Lithiumbatterien vorgestellt.

Das Produktionsziel des Front-End-Prozesses besteht darin, die Herstellung der Elektrode (Anode und Kathode) abzuschließen. Zu den Hauptprozessen gehören: Aufschlämmen/Mischen, Beschichten, Kalandrieren, Schlitzen und Stanzen.

Aufschlämmen/Mischen

Beim Aufschlämmen/Mischen werden die festen Batteriematerialien von Anode und Kathode gleichmäßig gemischt und dann Lösungsmittel hinzugefügt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Das Mischen der Aufschlämmung ist der Ausgangspunkt am vorderen Ende der Linie und der Auftakt für den Abschluss der nachfolgenden Beschichtungs-, Kalandrierungs- und anderen Prozesse.

Die Lithiumbatterie-Aufschlämmung wird in positive Elektrodenaufschlämmung und negative Elektrodenaufschlämmung unterteilt. Geben Sie Wirkstoffe, leitfähigen Kohlenstoff, Verdickungsmittel, Bindemittel, Additive, Lösungsmittel usw. im richtigen Verhältnis in den Mischer. Durch Mischen erhalten Sie eine gleichmäßige Verteilung der Feststoff-Flüssigkeits-Suspensionsaufschlämmung für die Beschichtung.

Ein qualitativ hochwertiges Mischen ist die Grundlage für einen qualitativ hochwertigen Abschluss des nachfolgenden Prozesses, der sich direkt oder indirekt auf die Sicherheitsleistung und die elektrochemische Leistung der Batterie auswirkt.

Beschichtung

Beim Beschichten werden Aluminium- und Kupferfolien mit positivem Aktivmaterial und negativem Aktivmaterial beschichtet und mit leitfähigen Mitteln und Bindemitteln kombiniert, um eine Elektrodenfolie zu bilden. Die Lösungsmittel werden dann durch Trocknen im Ofen entfernt, sodass die feste Substanz mit dem Substrat verbunden wird, um positive und negative Elektrodenblechspulen herzustellen.

Kathoden- und Anodenbeschichtung

Kathodenmaterialien: Es gibt drei Arten von Materialien: Laminatstruktur, Spinellstruktur und Olivinstruktur, entsprechend ternären Materialien (und Lithiumkobaltat), Lithiummanganat (LiMn2O4) bzw. Lithiumeisenphosphat (LiFePO4).

Anodenmaterialien: Derzeit umfassen die in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Anodenmaterialien hauptsächlich Kohlenstoffmaterialien und Nicht-Kohlenstoffmaterialien. Zu den Kohlenstoffmaterialien gehören unter anderem Graphitanoden, die derzeit am häufigsten verwendet werden, und ungeordnete Kohlenstoffanoden, Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff usw.; Nicht-Kohlenstoff-Materialien umfassen Anoden auf Siliziumbasis, Lithiumtitanat (LTO) und so weiter.

Als zentrales Glied des Front-End-Prozesses hat die Ausführungsqualität des Beschichtungsprozesses großen Einfluss auf die Konsistenz, Sicherheit und den Lebenszyklus der fertigen Batterie.

Kalandrieren

Die beschichtete Elektrode wird durch eine Walze weiter verdichtet, sodass die aktive Substanz und der Kollektor in engem Kontakt miteinander stehen, wodurch die Bewegungsstrecke der Elektronen verringert, die Dicke der Elektrode verringert und die Ladekapazität erhöht wird. Gleichzeitig kann der Innenwiderstand der Batterie gesenkt, die Leitfähigkeit erhöht und die Volumennutzungsrate der Batterie verbessert werden, um so die Batteriekapazität zu erhöhen.

Die Ebenheit der Elektrode nach dem Kalandrierungsprozess wirkt sich direkt auf die Wirkung des nachfolgenden Schlitzprozesses aus. Die Einheitlichkeit der aktiven Substanz der Elektrode wirkt sich indirekt auch auf die Zellleistung aus.

Schlitzen

Schlitzen ist das kontinuierliche Längsschneiden einer breiten Elektrodenspule in schmale Scheiben der erforderlichen Breite. Beim Schlitzen erfährt die Elektrode eine Scherwirkung und bricht zusammen. Die Ebenheit der Kante nach dem Schlitzen (kein Grat und kein Durchbiegen) ist der Schlüssel zur Prüfung der Leistung.

Der Herstellungsprozess der Elektrode umfasst das Schweißen der Elektrodenlasche, das Aufbringen von Schutzklebepapier, das Umwickeln der Elektrodenlasche und das Schneiden der Elektrodenlasche für den anschließenden Wickelvorgang mithilfe eines Lasers. Beim Stanzen wird die beschichtete Elektrode für den nachfolgenden Prozess geprägt und geformt.

Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien werden im Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien hohe Anforderungen an die Genauigkeit, Stabilität und Automatisierung der Ausrüstung gestellt.

Als führender Anbieter von Lithium-Elektroden-Messgeräten hat Dacheng Precision eine Reihe von Produkten für die Elektrodenmessung im Front-End-Prozess der Lithium-Batterie-Herstellung auf den Markt gebracht, wie z. B. Röntgen-/β-Strahlen-Flächendichtemessgeräte, CDM-Dicken- und Flächendichtemessgeräte sowie Laser Dickenmessgerät und so weiter.

• Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät

Es ist für die Messung von Beschichtungsbreiten über 1600 mm anpassbar, unterstützt Ultrahochgeschwindigkeitsscannen und erkennt detaillierte Merkmale wie dünner werdende Bereiche, Kratzer und Keramikkanten. Es kann bei der Closed-Loop-Beschichtung hilfreich sein.

•  Röntgen-/β-Strahlen-Flächendichtemessgerät

Es wird im Beschichtungsprozess für Batterieelektroden und im Keramikbeschichtungsprozess für Separatoren verwendet, um Online-Tests der Flächendichte des Messobjekts durchzuführen.

•  CDM-Dicken- und Flächendichtemessgerät

Es kann auf den Beschichtungsprozess angewendet werden: Online-Erkennung detaillierter Merkmale von Elektroden, wie z. B. fehlende Beschichtung, Materialmangel, Kratzer, Dickenkonturen von Ausdünnungsbereichen, AT9-Dickenerkennung usw.;

•  Mehrbildsynchrones Tracking-Messsystem

Es wird für den Beschichtungsprozess von Kathode und Anode von Lithiumbatterien verwendet. Es verwendet mehrere Scanrahmen, um synchrone Tracking-Messungen an den Elektroden durchzuführen. Das synchrone Tracking-Messsystem mit fünf Bildern ist in der Lage, den Nassfilm, die Nettobeschichtungsmenge und die Elektrode zu prüfen.

•  Laser-Dickenmessgerät

Es dient zur Erkennung der Elektrode im Beschichtungsprozess oder Kalandrierungsprozess von Lithiumbatterien.

• Offline-Dicken- und Dimensionsmessgerät

Es wird verwendet, um die Dicke und Abmessung von Elektroden im Beschichtungsprozess oder Kalandrierungsprozess von Lithiumbatterien zu erfassen, was die Effizienz und Konsistenz verbessert.