Процесс формирования литий-ионных батарей

Вступление

Литий-ионные батареи - обычные источники энергии в большинстве портативных электрических устройств и электромобилей. Эта аккумуляторная технология отличается повышенной плотностью энергии. Исследования продолжаются с целью дальнейшего увеличения плотности энергии этих батарей, и многие ученые разрабатывают и улучшают катодные материалы и анодные материалы для высокого напряжения и высокой плотности энергии. В то же время ученые ищут различные способы снижения затрат на производство литий-ионных аккумуляторов без ущерба для производительности элементов, особенно для электромобилей.

В настоящее время так много всего происходит о технологии литий-ионных аккумуляторов. Поскольку многие устройства используют эту технологию аккумуляторов, мы хотели бы знать, как эти аккумуляторы производятся. Информация о формировании литий-ионных аккумуляторов интересна, особенно потому, что это новейшая технология аккумуляторов.

Процесс производства литий-ионных батарей в некоторой степени похож на процессы, используемые при производстве никель-кадмиевых элементов и никель-металлогидридных элементов, но есть некоторые ключевые отличия, связанные с более высокой реакционной способностью химикатов, используемых в литиевых элементах. Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как производятся литий-ионные батареи.

Как производятся литиевые батареи?

Производство литий-ионной батареи состоит из трех основных процессов; изготовление электродов, сборка ячеек и обработка ячеек. Процесс формирования литиевой батареи обычно занимает несколько дней или больше, и это необходимо для обеспечения стабильной межфазной границы твердого электролита на аноде, чтобы предотвратить необратимое потребление электролита и ионов лития. Аналогичный слой, известный как межфазный слой катодного электролита, образуется на катоде при высоких потенциалах по сравнению с Li / Li +.

Давайте рассмотрим три основных процесса производства литиевых батарей.

1. Производство электродов

Важно отметить, что аноды и катоды в литиевых элементах имеют аналогичную форму и изготавливаются с помощью аналогичных процессов или идентичного оборудования. Производство электродов можно также называть покрытием электродов. В этом процессе активные электродные материалы покрываются с обеих сторон металлической фольгой, которая на этом этапе действует как токоприемники, проводящие ток в ячейку и из нее. Анод обычно изготавливается из углерода, а катод - из оксида металлического лития. Эти материалы должны поставляться на завод в основном в виде черного пороха, и если не очень осторожно, они выглядят почти неотличимо друг от друга. Загрязнения между материалами анода и катода следует избегать любой ценой, так как это приведет к разрушению батареи. Следовательно, необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы эти материалы не соприкасались друг с другом. Это объясняет причину, по которой аноды и катоды обрабатываются в разных помещениях.

Большое внимание следует уделять размеру частиц, чтобы обеспечить его минимальный размер для достижения максимальной эффективной площади поверхности электродов, необходимой для сильноточных ячеек. Также важна форма частицы. Обычно гладкие сферические формы с закругленными краями считаются наиболее желательными по сравнению с острыми краями или шелушащимися поверхностями, которые подвержены более высокому электрическому напряжению и разложению пассивирующего анодный слой SEI, что может привести к выделению большого количества тепла и даже возможно тепловой разгон при использовании ячеек.

Металлические электродные фольги поставляются на больших барабанах, где медь используется в качестве анода, а алюминий - в качестве катода. Затем рулоны устанавливаются непосредственно на машины для нанесения покрытий, где фольга разматывается и загружается в машину с помощью прецизионных роликов.

Сначала материалы электродов смешиваются с проводящим связующим, чтобы сформировать суспензию, которая затем распределяется по поверхности фольги, когда она проходит в машину. Толщина слоев покрытия должна быть такой, чтобы можно было согласовать накопление энергии на единицу анода и катодных электродов.

Фольга с покрытием затем подается непосредственно в сушильный шкаф длительного действия для запекания электродного материала на фольге. Когда покрытая фольга покидает духовку, ее снова наматывают. Намотанная фольга подается в машины для продольной резки, где они разрезаются на более узкие полосы, подходящие для электродов разного размера. Затем они обрезаются по длине.

2. Сборка ячейки

Второй процесс производства литиевых батарей - это сборка элементов. Это может быть выполнено на высокоавтоматизированном оборудовании или с помощью методов ручной сборки.

Первым этапом этого процесса является создание узла электрода, при котором разделитель помещается между анодом и катодом. Часто используются две основные электродные конструкции в зависимости от типа используемого корпуса ячейки; многослойная структура для использования в призматических ячейках и спирально-навитая структура для использования в цилиндрических ячейках.

· Призматические ячейки

Призматические элементы являются наиболее предпочтительным выбором для аккумуляторных батарей большой емкости, чтобы оптимизировать использование пространства. В этих элементах используется многослойная структура электродов, в которой анод и катодная фольга разрезаны на отдельные пластины и поочередно уложены друг на друга и разделены сепаратором. Сепаратор обычно наносится длинной полосой, намотанной зигзагообразно чередующимися электродами в стопке.

Эта конструкция корпуса позволяет оптимально использовать пространство при использовании в аккумуляторной батарее, но для этого требуется несколько электродных пластин, которые необходимо закрепить определенным образом для соединения всех анодов вместе и для поддержания клеммной колодки и аналогичного зажимного механизма для катодов. . Это увеличивает сложность и трудоемкость ячейки и, в конечном итоге, увеличивает стоимость.

· Цилиндрические ячейки

Для цилиндрической конструкции анодная и катодная фольга разрезаются на две длинные полосы, которые наматываются на цилиндрическую оправку вместе с разделителем, разделяющим их. Таким образом, вы можете видеть, что цилиндрические ячейки имеют только две электродные полоски, что значительно упрощает конструкцию.

Каждый электрод подключается к своему соответствующему выводу с помощью одной клеммы. Однако элементы высокой мощности могут иметь несколько выступов, размещенных по краям, чтобы электродная полоса могла пропускать более высокие токи.

Электродная конструкция соединяется с выводами вместе с любыми предохранительными устройствами, а затем вставляется в баллончик. Затем банку герметизируют в процессе нагрева или лазерной сварки, оставляя отверстие для впрыска электролита в банку.

Затем ячейка заполняется электролитом и герметично закрывается. Это нужно делать в сухом помещении, чтобы избежать реакции между электролитом и водой.

Вся ячейка получает идентификационный номер с этикеткой.

Быстрый цикл формирования литий-ионных аккумуляторов

Это происходит после завершения сборки ячейки. Быстрый цикл формирования означает, что элемент проходит по крайней мере один точно контролируемый цикл заряда / разряда, который предназначен для активации рабочих материалов, тем самым преобразуя их в их функциональную форму. Процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает, вместо нормальной кривой зарядки постоянного тока - напряжения, которую мы используем на наших литиевых батареях. Вот почему это называется быстрой сменой формации.

Почти для всех литиевых химикатов этот процесс включает создание границы раздела твердых электролитов (SEI) на аноде. SEI - это пассивирующий слой, необходимый для замедления процесса зарядки при нормальном использовании.

В процессе формирования данные о характеристиках ячейки, такие как емкость и импеданс, собираются и записываются для анализа качества и отслеживания.

Теория и проверка срока службы литий-ионных аккумуляторов?

Почти все портативные электронные устройства используют литий-ионные батареи. В то же время количество электромобилей растет, поэтому существует потребность в четко определенной стратегии по окончанию срока службы аккумуляторов.

Процесс формирования позволяет значительному проценту отказов элементов на раннем этапе жизни из-за производственных дефектов происходить на заводе производителя, а не на территории клиента. Строгий контроль технологического процесса важен на протяжении всего производственного процесса.

Экологические нормы, такие как директивы о конце транспортного средства, требуют от автопроизводителей нести расширенную ответственность за свои автомобили и компоненты после использования. Он требует, чтобы автопроизводители либо забирали свою продукцию для повторного использования, переработки и восстановления, либо делегировали эту ответственность третьей стороне.

Утилизация была предложена во многих публикациях как стратегия выхода из эксплуатации литий-ионных аккумуляторов.

Заключение

Теперь вы узнали, как производятся литий-ионные аккумуляторы. На изготовление уходит несколько дней и более. Производство этой аккумуляторной технологии включает три процесса; производство электродов, сборка ячеек и отделка ячеек. Сборку ячеек и отделку ячеек нельзя разделить. Процессы необходимо выполнять осторожно, чтобы не допустить загрязнения материалов.