Les batteries au lithium-ion sont un système complexe, comprenant une électrode positive, une électrode négative, un séparateur, un électrolyte, un collecteur de courant et un liant, un agent conducteur, une réaction électrochimique impliquant la réaction des électrodes positives et négatives, de la conductivité d'ions lithium et une conductivité électronique, et à la diffusion de la chaleur, les propriétés électriques des batteries lithium-ion, la sécurité est affectée par de nombreux facteurs, de sorte que la conception de la batterie lithium-ion et les processus de production complexité peut imaginer, cette petite série avec nos lecteurs amis pour découvrir du pouvoir les cellules produisent finalement « pile » et toute la conception de processus de production « d'un matériau choisi » de à.
Développement En général, une batterie au lithium-ion est divisée en plusieurs périodes, le premier est le laboratoire de recherche de base, cette partie est pile bouton applicable de la moitié, ou simplement une batterie souple d'emballage, l'objet principal de cette étape et le matériau d'essai formule de performance, car la structure de la batterie n'est pas optimisé, de sorte que les résultats obtenus ici ne peuvent pas être appliqués directement dans la production. après les premiers essais et l'évaluation au cours du niveau de laboratoire, de bons matériaux et formulations seront transférées à l'étape suivante - phase pilote, à ce besoin de scène pour tenir compte de la performance globale de la batterie, telles que la densité d'énergie de la batterie (la quantité de revêtement positif et négatif) et la charge rapide, le taux et d'autres caractéristiques, et a constaté que le processus de production à grande échelle des questions qui peuvent faire face à après, faire des ajustements en temps opportun. à travers le processus ci-dessus, d'améliorer la formule de la batterie et de la technologie de production, produit mature peut enfin être mis en production en raison de nombreux facteurs qui influent sur les performances des batteries au lithium-ion, de sorte que la conception et la production de chaque paramètre ou l'accès sera avoir un impact significatif sur la performance électrique finale et la sécurité de la batterie, donc nous avons besoin de comprendre le matériel, la conception et de fabrication L'effet des paramètres sur la performance finale du produit.
Matériel de batterie
Une conception de la batterie serait le premier matériau de choix dès le départ, la nécessité de la demande cible, tels que la densité d'énergie, caractéristiques de taux, cycle de vie et des indicateurs de sécurité, sélectionner les matériaux appropriés. Le choix des matériaux de Cathode, nous pouvons choisir LiFePO4 structure olivine Ce type de matériau convient mieux aux bus qui ne nécessitent pas une densité énergétique élevée, ainsi qu'aux matériaux à couches de grande capacité tels que NCM et NCA, qui sont plus adaptés aux véhicules électriques purs en raison de leur coût plus élevé. structure LiMn2O4 spinelle est plus adapté à une utilisation dans les véhicules hybrides. matériau d'anode, le choix est le graphite courant actuel artificiel, graphite naturel et mésophase structure matérielle micro billes de carbone, la capacité actuelle de la batterie que les indicateurs continuent d'améliorer Dans le cas de, nous ajoutons également une petite quantité de matériau Si au matériau graphite (généralement<5%) , 以便提高负极的比容量. 为了改善正负极的导电性, 通常还需要在其中添加少量的导电剂, 目前最常见的导电剂为炭黑类材料, 碳纤维类材料, 以及近几年兴起的碳纳米管和石墨烯类材料.
En outre, les particules de matériau actif à adhérer à la surface du collecteur de courant a également besoin d'ajouter un liant de 1 à 4%, le liant présent deux principaux types de colle à base d'huile est une classe, la classe principale est PVDF liant, le PVDF a une très bonne stabilité électrochimique, est l'un du liant plus largement utilisé pour les batteries au lithium-ion; autre catégorie est un liant aqueux, de façon prédominante la CMC, et SBR de viscosité, classe de PAA Consolidation
Pour la batterie au lithium-ion à l'intérieur du conducteur électronique sur, nous devons aussi être appliquée à collecteur de courant positif et négatif, principalement feuille d'aluminium et une feuille de Cu, 8um dominante actuelle de feuille de cuivre, feuille d'aluminium en tant que 15 um, mais comme le rapport de la batterie au lithium-ion améliorer continuellement l'énergie, les fabricants ont commencé à utiliser une feuille de cuivre plus mince et 6um 12um feuille Al, mais sa faible résistance, un problème avec l'utilisation et enclin à se briser à plis, etc. parfois, afin de réduire la résistance interne de la batterie au lithium-ion, Pour améliorer l'adhérence, nous appliquerons également une couche de matériau de carbone (3-5um) à la surface de la feuille de cuivre ou de la feuille d'aluminium, par exemple, la feuille de Al revêtue de carbone peut jouer un rôle plus important dans le système LiFePO4.
Le séparateur est également une partie importante de la batterie lithium-ion, qui a pour rôle d'isoler les ions conducteurs d'électrons Actuellement, les procédés de préparation de diaphragme sont principalement divisés en un processus d'étirage à sec et un procédé humide. certains avantages, mais il y a un procédé de préparation à sec en tirant le séparateur d'anisotropie importante, la résistance à l'état humide de séparateur dans chaque direction sensiblement la même, mais le coût est élevé. afin d'augmenter l'énergie spécifique de la batterie au lithium de courant ionique, l'épaisseur du séparateur continué amincissement, afin d'assurer la sécurité de la batterie au lithium-ion, un revêtement de séparation devienne le courant de la tendance du développement du séparateur, un revêtement commun peut être divisé essentiellement en deux catégories, l'une est une couche d'oxyde inorganique, tel que Al2O3, MgO, etc. , le revêtement organique peut améliorer de manière significative la stabilité thermique du diaphragme, l'autre est le séparateur de revêtement à base de polymère organique, tels que les fabricants japonais utilisent plus de séparateur de revêtement aramide, peut effectivement améliorer l'anti-oxydation du séparateur.
Solution d'électrolyte est une partie importante de la batterie au lithium-ion, la batterie lithium-ion à l'intérieur de la conduction de jeu de Li +, l'électrolyte de la batterie au lithium ordinaire de courant ionique principalement solution d'électrolyte à base de carbonate (contenant typiquement au moins deux carbonate de lipides des solvants tels que EC, DMC, EMC, etc.), un sel de Li utilisent normalement LiPF6, un électrolyte en vue d'améliorer la qualité du film sur la surface de l'électrode négative, on en général également ajouter une partie de l'additif de formation de film dans l'électrolyte, comme par exemple le VC commun, Les électrolytes développés pour les électrodes silicium-carbone négatives intègrent généralement une quantité considérable de FEC pour produire un film SEI à teneur en LiF plus élevé afin d'améliorer la stabilité de la SEI négative En outre, afin d'améliorer la fiabilité et la sécurité des batteries lithium-ion Nous ajouterons également une petite quantité d'additifs anti-surcharge, d'additifs ignifuges et d'autres ingrédients dans l'électrolyte.
2. Production d'électrode
Après l'achèvement de la sélection des matériaux, on entre dans une liaison à l'autre - la production d'électrodes, d'une part, nous partons de la batterie au lithium-ion d'homogénat homogénat est la clé pour produire une batterie au lithium-ion, la principale partie active de l'homogénat matériau, un liant et un agent conducteur composants ont été mélangés en une suspension homogène, on sera généralement la première colle de dispersion de liant, certains procédés auront un agent conducteur et d'une dispersion de colle adhésive conductrice, puis la substance active le mélange, certains processus sera avec un matériau actif et un agent conducteur est mélangé à la colle, la clé réside dans la façon dont les composants homogénat respectif uniformément dispersé dans la suspension, dans le but d'atteindre cet objectif, il faut optimisation des processus d'homogénat. en courant Avec la popularité croissante des nanomatériaux, afin de mieux disperser les matériaux nanométriques, les fabricants de batteries lithium-ion ont également commencé à utiliser des équipements de dispersion à grande vitesse, l'utilisation de cisaillement à grande vitesse, rendant la dispersion plus uniforme, en plus de nombreux fabricants de matériaux beaucoup d'amélioration dispersée aides à la ligne de boue.
Après achèvement de la dispersion-suspension, la prochaine étape est revêtue avec des batteries lithium-ion, maintenant commun et des procédés de revêtement rouleau sont principalement deux types de pulvérisation, un dispositif de revêtement à rouleaux est maintenant éliminée, mais un bon rouleau de matériel de nettoyage , facile à régler la largeur de revêtement, nécessitent peu revêtement en bouillie peut être effectuée, de sorte que le nombre de lignes de laboratoire et chinois, ainsi que d'autres applications. matériel de pulvérisation, par application du sirop est extrudé à partir du transfert du siège au collecteur de courant, le revêtement est terminé, le dispositif de pulvérisation peut utiliser une viscosité plus élevée et la teneur en solides de la suspension, l'état de la surface d'électrode est également préférable, et a par conséquent été largement utilisé. dans la production réelle de la vitesse de revêtement est généralement contrôlé 25-50m entre / min, pour augmenter la vitesse de séchage principalement en augmentant la longueur du four, de sorte que l'augmentation de la part de l'investissement dans l'équipement, mais peut considérablement accélérer le calendrier de production, de réduire les coûts de production, mais aussi d'augmenter la longueur du four il y a une certaine limite, qui est principalement La raison en est que, à mesure que la longueur du four augmente, le contrôle de la tension du collecteur de courant augmente, en particulier lorsque des collecteurs ultra-minces avec une intensité plus faible sont utilisés. , Donc nous ne pouvons pas infiniment plus longueur du four. En plus haute température de séchage rapide du liant PVDF peut également exacerber le phénomène de la répartition inégale de l'électrode, résultant en une matière active diminue l'adhérence, il est donc difficile d'améliorer continuellement notre La température du four augmente la vitesse de revêtement de l'électrode, il y a donc une limite à l'augmentation de la vitesse de revêtement.
Immédiatement après le revêtement, la porosité de l'électrode séchée se situe entre 60 et 70%, puis on la roule avec une presse à rouleaux pour réduire sa porosité à environ 40%, d'une part, elle peut soulever la batterie. L'énergie spécifique peut également améliorer de manière significative la conductivité électrique et l'adhérence de l'électrode.Le diamètre du rouleau de la presse à rouleaux est généralement de 600-1000mm.Le plus grand diamètre du rouleau peut augmenter la longueur de la zone de compactage, ce qui peut ralentir le laminage. Ceci est particulièrement important pour les électrodes épaisses (les électrodes épaisses peuvent facilement tomber en panne en raison de la surcharge de pression pendant le laminage).
Après avoir terminé le laminage de l'électrode, il faut diviser l'électrode en une certaine largeur en fonction de la structure de la batterie, puis sécher l'électrode dans une étuve à vide afin d'éliminer l'humidité de l'électrode.Il est généralement nécessaire de mettre l'eau dans la batterie. Le contenu est contrôlé en dessous de 500ppm afin de minimiser l'effet de l'humidité sur la durée de vie et les réactions secondaires des batteries Li-ion.
En raison de l'espace limité, aujourd'hui nous avons principalement introduit les deux processus de «sélection de matériaux» et de «revêtement d'électrode» pour la batterie de puissance.Dans le prochain article, nous continuerons à introduire la «production de cellules uniques» et la «combinaison de batteries». Processus, restez à l'écoute.
