Lithium-Ionen-Batterien haben ein breites Anwendungsspektrum. Entsprechend der Klassifizierung der Anwendungsbereiche kann es in Batterien zur Energiespeicherung, Leistungsbatterien und Batterien für Unterhaltungselektronik unterteilt werden.
- Batterien zur Energiespeicherung umfassen Energiespeicherung für die Kommunikation, Energiespeicherung für Strom, verteilte Energiesysteme usw.;
- Leistungsbatterien werden hauptsächlich im Energiebereich eingesetzt und bedienen Märkte wie Fahrzeuge mit alternativer Energie, elektrische Gabelstapler usw.;
- Batterien für Unterhaltungselektronik decken den Verbraucher- und Industriebereich ab, einschließlich Smart Metering, intelligenter Sicherheit, intelligentem Transport, Internet der Dinge usw.
Eine Lithium-Ionen-Batterie ist ein komplexes System, das hauptsächlich aus Anode, Kathode, Elektrolyt, Separator, Stromkollektor, Bindemittel, Leitmittel usw. besteht und Reaktionen umfasst, darunter elektrochemische Reaktionen von Anode und Kathode, Lithiumionenleitung und Elektronenleitung sowie Wärmediffusion.
Der Produktionsprozess von Lithiumbatterien ist relativ langwierig und umfasst mehr als 50 Prozesse.
Lithiumbatterien lassen sich je nach Form in zylindrische Batterien, quadratische Aluminiumgehäusebatterien, Beutelbatterien und Blade-Batterien unterteilen. Es gibt einige Unterschiede im Produktionsprozess, aber insgesamt lässt sich der Herstellungsprozess von Lithiumbatterien in den Front-End-Prozess (Elektrodenherstellung), den Mittelstufenprozess (Zellsynthese) und den Back-End-Prozess (Formierung und Verpackung) unterteilen.
In diesem Artikel wird der Front-End-Prozess der Lithiumbatterieherstellung vorgestellt.
Das Produktionsziel des Front-End-Prozesses ist die vollständige Herstellung der Elektrode (Anode und Kathode). Zu den Hauptprozessen gehören: Aufschlämmen/Mischen, Beschichten, Kalandrieren, Schneiden und Stanzen.
Aufschlämmen/Mischen
Beim Aufschlämmen/Mischen werden die festen Batteriematerialien von Anode und Kathode gleichmäßig vermischt und anschließend Lösungsmittel hinzugefügt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Das Mischen der Aufschlämmung ist der Ausgangspunkt am vorderen Ende der Linie und bildet den Auftakt für die Fertigstellung der nachfolgenden Beschichtungs-, Kalandrierungs- und anderer Prozesse.
Lithiumbatterie-Slurry wird in positive und negative Elektroden-Slurry unterteilt. Geben Sie aktive Substanzen, leitfähigen Kohlenstoff, Verdickungsmittel, Bindemittel, Additive, Lösungsmittel usw. im richtigen Verhältnis in den Mischer. Durch Mischen erhalten Sie eine gleichmäßige Dispersion der fest-flüssigen Suspensions-Slurry für die Beschichtung.
Eine hochwertige Mischung 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
Beim Beschichten werden Aluminium- bzw. Kupferfolien mit dem positiven bzw. negativen Aktivmaterial beschichtet und mit Leitmitteln und Bindemitteln zu Elektrodenfolien verbunden. Anschließend werden die Lösungsmittel durch Trocknen im Ofen entfernt, sodass sich die feste Substanz mit dem Substrat verbindet und eine positive bzw. negative Elektrodenfolienspule bildet.
Kathoden- und Anodenbeschichtung
Kathodenmaterialien: Es gibt drei Arten von Materialien: Laminatstruktur, Spinellstruktur und Olivinstruktur, entsprechend ternären Materialien (und Lithiumkobaltat), Lithiummanganat (LiMn2O4) und Lithiumeisenphosphat (LiFePO4).
Anodenmaterialien: Derzeit werden in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich Kohlenstoff- und Nicht-Kohlenstoff-Anodenmaterialien verwendet. Zu den Kohlenstoffmaterialien zählen die derzeit am häufigsten verwendete Graphitanode, ungeordnete Kohlenstoffanoden, Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff usw.; Nicht-Kohlenstoff-Materialien umfassen Anoden auf Siliziumbasis, Lithiumtitanat (LTO) usw.
Als Kernglied des Front-End-Prozesses hat die Ausführungsqualität des Beschichtungsprozesses erhebliche Auswirkungen auf die Konsistenz, Sicherheit und Lebensdauer der fertigen Batterie.
Kalandrieren
Die beschichtete Elektrode wird durch Walzen zusätzlich verdichtet, sodass der aktive Stoff und der Kollektor in engen Kontakt miteinander kommen. Dies verkürzt die Bewegungsdistanz der Elektronen, verringert die Elektrodendicke und erhöht die Ladekapazität. Gleichzeitig kann der Innenwiderstand der Batterie gesenkt, die Leitfähigkeit erhöht und die Volumenausnutzung verbessert werden, was wiederum die Batteriekapazität erhöht.
Die Ebenheit der Elektrode nach dem Kalandrieren beeinflusst direkt die Wirkung des nachfolgenden Schneideprozesses. Die Gleichmäßigkeit des Wirkstoffs der Elektrode beeinflusst indirekt auch die Zellleistung.
Schlitzen
Schlitzen ist das kontinuierliche Längsschneiden einer breiten Elektrodenspule in schmale Scheiben der gewünschten Breite. Beim Schlitzen wird die Elektrode einer Scherwirkung ausgesetzt und bricht. Die Ebenheit der Kanten nach dem Schlitzen (ohne Gratbildung und Biegung) ist entscheidend für die Leistung.
Der Elektrodenherstellungsprozess umfasst das Schweißen der Elektrodenlasche, das Aufbringen von Schutzklebepapier, das Umwickeln der Elektrodenlasche und das Laserschneiden der Elektrodenlasche für den anschließenden Wickelprozess. Durch Stanzen wird die beschichtete Elektrode für den nachfolgenden Prozess geprägt und geformt.
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien sind im Herstellungsprozess von Lithium-Batterien Genauigkeit, Stabilität und Automatisierung der Geräte besonders wichtig.
Als führender Anbieter von Messgeräten für Lithiumelektroden hat Dacheng Precision eine Reihe von Produkten für die Elektrodenmessung im Front-End-Prozess der Lithiumbatterieherstellung auf den Markt gebracht, darunter Röntgen-/β-Strahlen-Flächendichtemessgeräte, CDM-Dicken- und Flächendichtemessgeräte, Laser-Dickenmessgeräte und mehr.
- Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät
Es ist für die Messung von Beschichtungen mit einer Breite von über 1600 mm anpassbar, unterstützt ultraschnelles Scannen und erkennt detaillierte Merkmale wie Ausdünnungen, Kratzer und Keramikkanten. Es kann bei der Closed-Loop-Beschichtung hilfreich sein.
- Röntgen-/β-Strahlen-Flächendichtemessgerät
Es wird im Beschichtungsprozess von Batterieelektroden und im Beschichtungsprozess von Separatorkeramiken 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.;
- Multi-Frame-Synchron-Tracking-Messsystem
Es wird für den Beschichtungsprozess von Kathode und Anode von Lithiumbatterien verwendet. Es nutzt mehrere Scan-Frames, um synchrone Tracking-Messungen an den Elektroden durchzuführen. Das synchrone Tracking-Messsystem mit fünf Frames ermöglicht die Prüfung von Nassfilm, Nettobeschichtungsmenge und Elektrode.
- Laser-Dickenmessgerät
Es dient zur Erkennung der Elektrode im Beschichtungs- oder Kalandrierungsprozess von Lithiumbatterien.
- Offline-Dicken- und Dimensionsmessgerät
Es wird verwendet, um die Dicke und Abmessung von Elektroden im Beschichtungs- oder Kalandrierungsprozess von Lithiumbatterien zu erkennen, was die Effizienz und Konsistenz verbessert.
Veröffentlichungszeit: 31. August 2023
