Обработка материалов для литий-ионных батарей

Что находится внутри литий-ионного аккумулятора?

Литий-ионные батареи в настоящее время бывают всех форм и размеров. Однако независимо от размера или формы батареи все они выглядят одинаково внутри. В любом литий-ионном аккумуляторном блоке есть определенные вещи:

· Литий-ионные элементы. Они могут иметь либо цилиндрическую форму, как обычные батарейки типа АА, либо призматическую форму.

· Датчики температуры для контроля температуры аккумулятора. Перегрев может иметь катастрофические последствия.

· Преобразователь напряжения и схема регулятора. Это необходимо для поддержания безопасных уровней напряжения и тока внутри аккумуляторной батареи.

· Отвод напряжения, который действует как монитор энергетической емкости каждой отдельной ячейки внутри аккумуляторной батареи.

· Монитор состояния заряда аккумулятора. Это небольшой компьютер, который выполняет весь процесс зарядки. Это обеспечивает максимально быструю и безопасную зарядку аккумуляторов.

· Дополнительный, опциональный экранированный разъем иногда присутствует внутри аккумуляторного блока, он позволяет питанию и информации поступать в аккумуляторный блок и выводиться из него.

При зарядке или даже во время использования аккумулятора, если он становится слишком горячим, компьютер (монитор состояния заряда аккумулятора) отключит подачу питания в попытке остыть. Если вы попытаетесь использовать устройство в этом горячем состоянии, этот компьютер не позволит вам использовать его и даже не позволит вам включить само устройство.

Литий-ионные элементы

Литий-ионные элементы имеют внешний металлический корпус. Важно использовать металл в литий-ионных элементах, поскольку аккумулятор находится под давлением. В металлическом корпусе есть то, что называется вентиляционным отверстием. Это в основном отверстие, чувствительное к давлению. В случае, если аккумулятор становится слишком горячим, что может привести к взрыву, это вентиляционное отверстие сбрасывает дополнительное давление, помогая спасти ситуацию.

Внутри металлического корпуса есть три тонких листовых слоя:

· Положительный электрод.

· Отрицательный электрод.

· Разделитель между ними двумя.

Эти три тонких листа погружены в органический растворитель, в основном состоящий из эфира. Этот растворитель действует как электролит для аккумулятора.

Как сделать литий-ионный аккумулятор?

Для создания литий-ионного аккумулятора нужно выполнить несколько простых шагов:

Подготовка электрода

· На этом этапе материал, который будет нанесен на анод и катод, смешивается и подготавливается.

· Металлическое сырье, в основном алюминий, загружается в машину для нанесения покрытий.

· Затем на машину наносятся тонкие слои лития и углерода.

· В ходе непрерывного процесса материал подается в печь, где обрабатывается углерод.

· После процесса печи продукт подается на две отдельные линии, где изготавливаются анод и катод, каждая из которых имеет свою собственную линию.

· После изготовления электродов (анода и катода) их подают в машину, где они сплющиваются до тонких слоев, чтобы их можно было сгибать.

· Заключительным этапом этого процесса является процесс резки, при котором электроды обрезаются до нужной ширины, указанной производителем.

Создание электрода

· В этом процессе электроды берутся и раскатываются до нужного размера.

· После того, как анод и катод обрезаны до идеального размера, они подбираются парами точно равных размеров.

· После этого между ними вставляется тонкий слой (разделитель).

· Все три слоя (анод, катод и разделитель) складываются вместе на полуавтоматической машине.

Введение электролита

· После подготовки электродов на предыдущем шаге. Корпус для них изготовлен.

· Для изготовления корпусов электродов используются пластмассы или ПВХ.

· Затем в эти корпуса вставляются электроды.

· Они термически свариваются с трех сторон, а четвертая сторона остается открытой.

· Через открытую сторону электролит подается на всю установку.

· После этого открытая сторона герметизируется.

Теперь у вас есть литий-ионный аккумулятор, готовый к первой зарядке.

Производственные проблемы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи обладают огромным потенциалом для электрификации автоматизации, разнообразия источников энергии и обеспечения возможности хранения больших объемов энергии в масштабе энергосистемы. Однако стоимость производства литий-ионных аккумуляторов в больших масштабах настолько высока, что производители не могут быстрее осуществить эту мечту.

Если мы посмотрим на автомобильный рынок и электромобили, то стоимость литий-ионных аккумуляторов намного выше, чем может принять этот рынок. Дело в том, что электромобили еще не достигли точки, чтобы заменить обычные автомобили. Они все равно дороже.

Снижение затрат возможно за счет так называемой оптимизации производственных схем.

Еще один способ снижения затрат - это замена электролита NMP внутри литий-ионных аккумуляторов на воду. Стоимость воды как растворителя ничтожна по сравнению с компаундом NMP. Кроме того, вода негорючая и не имеет горючих паров, что делает ее более безопасным выбором, чем NMP. Проблема, с которой сталкиваются производители воды, заключается в том, что вода является полярным растворителем, а в батарее требуется неполярный растворитель, такой как NMP. Однако превратить воду в неполярный растворитель можно с помощью некоторых химических реакций и добавок к ней.

Сейчас исследования сосредоточены на том, как снизить стоимость литий-ионных аккумуляторов. Мы прогнозируем, что будущее возлагает большие надежды, и почти стоимость будет настолько минимальной, что литий-ионные батареи будут использоваться повсюду, от простого пульта дистанционного управления до авиалайнера.