Lithiumionenbatterien sind ein komplexes System, das eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Separator, einen Elektrolyten, einen Stromkollektor und ein Bindemittel, ein leitfähiges Mittel usw. umfasst. Die beteiligten Reaktionen umfassen elektrochemische Reaktionen von positiven und negativen Elektroden, Lithiumionenleitung und Elektronenleitung. Neben der Wärmeausbreitung sind die elektrische Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien von vielen Faktoren beeinflusst, so dass die Komplexität der Konstruktion und Produktion von Lithium-Ionen-Batterien denkbar ist und Xiao Bian heute Leser und Freunde dazu bringt, mehr über Strom zu erfahren. Der gesamte Entwurfs- und Herstellungsprozess der Batterie von der "Materialauswahl" bis zur endgültigen Produktion des "Batteriepacks".
Im Allgemeinen ist die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien in mehrere Zyklen unterteilt: Die erste ist die Grundlagenforschung im Labor.Dieser Teil betrifft hauptsächlich Halbzellen vom Knopf-Typ oder einfache Soft-Pack-Batterien.Der Hauptzweck dieses Schritts besteht darin, Materialien zu testen und Die Leistung der Formulierung, weil die Struktur der Batterie nicht optimiert ist, so dass die hier erzielten Ergebnisse nicht direkt auf die Produktion angewendet werden können.Nach der Durchführung von Vorprüfungen und Bewertungen im Labor werden gute Materialien und Formulierungen in die nächste Stufe überführt. - Während der Pilotphase muss die Gesamtleistung der Batterie, wie die Energiedichte der Batterie (Beschichtung der positiven und negativen Elektroden) und die Eigenschaften der Schnellladung und -rate, in diesem Stadium berücksichtigt werden, und die Prozessprobleme, die bei der Produktion im großen Maßstab auftreten können, werden entdeckt. Durch den obigen Prozess können nach der Perfektionierung der Batterieformulierung und des Produktionsprozesses reife Produkte endlich in die formale Produktion überführt werden.Als es viele Faktoren gibt, die die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen, wird jeder Parameter für Design und Herstellung oder Verbindung gelten Es hat einen großen Einfluss auf die ultimative elektrische Leistung und Sicherheit der Batterie, so dass wir ein tiefes Verständnis für Material, Design und Prozess haben müssen Die Auswirkung von Parametern auf die endgültige Leistung des Produkts.
Batteriematerial
Ein Batterie-Design die erste Wahl Material von Anfang an sein würde, die Notwendigkeit, die Nachfrage zielen, wie Energiedichte, Geschwindigkeit Eigenschaften, Lebensdauer und Sicherheitsindikatoren, wählen Sie die entsprechenden Materialien. Kathodenmaterialauswahl, können wir LiFePO4 Olivin-Struktur wählen Dieses Material ist geeignet für die Verwendung in der Hochenergiedichteanforderungen der Bus nicht an Bord sind, zusätzlich zu der hohen Kapazität des geschichteten Materials, wie NCM und NCA, aufgrund der hohen Kosten dieser Materialien, besonders geeignet für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, LiMn2O4 Spinellstruktur ist besser geeignet für die Verwendung in Hybridfahrzeugen. Anodenmaterial, die aktuelle Wahl ist Mainstream künstlicher Graphit, natürlicher Graphit und Mesophasenstruktur Kohlenstoffmikrokugelmaterial, die aktuelle Batteriekapazität als die Indikatoren weiter verbessern unter den gegebenen Umständen werden wir auch eine kleine Menge an Graphitmaterial in Si-Material werden, indem (in der Regel<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.
Ferner ist die Aktivmaterialteilchen an die Oberfläche des Stromabnehmers haften auch 1-4% Bindemittel, das Bindemittel im Wesentlichen zwei Arten von Öl-basierten Klebstoff ist eine Klasse, die Hauptklasse hinzufügen müssen PVDF Bindemittel, hat PVDF eine sehr gute elektrochemische Stabilität, ist eine der am häufigsten verwendeten Bindemittel für Lithium-Ionen-Batterien, andere Kategorie wässrige Bindemittel, vorwiegend die CMC und die Viskosität SBR, PAA-Klasse Backmittel.
Für die Lithium-Ionen-Batterie in dem elektronischen Leiter out, müssen wir auch auf positiven und negativen Stromkollektor aufgebracht werden, vor allem Al-Folie und Kupferfolie, Kupferfolie aktuellen Mainstream 8um, Al-Folie als 15um, aber als das Verhältnis der Lithium-Ionen-Batterie kontinuierlich Energie zu verbessern, haben damit begonnen, die Hersteller eine dünnere Kupferfolie und 6 um 12um Al-Folie verwendet wird, aber seine geringe Festigkeit, ein Problem bei der Verwendung und anfällig plissierten zu brechen usw. manchmal, um den Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Batterie zu reduzieren, verbesserte Haftung, die wir in der Kupfer- oder Aluminiumfolie wird auf der Oberflächenschicht des Kohlenstoffmaterials (3-5um) beschichtet, z.B. LiFePO4 Coated Al Folienmaterialsystem kann eine gute Wirkung spielen.
Ist auch ein wichtiger Teil einer Membran einer Lithium-Ionen-Batterie hergestellt, die die Rolle der ionenleitenden Elektronen tragen isoliert, das aktuelle gemeinsame Verfahren zur Herstellung eines Separators Herstellung ein nasses Ziehverfahren unterteilt in und das Trockenverfahren ein Trockenziehverfahren hat Kosten gewisse Vorteile, aber es ist ein Trockenherstellungsverfahren erheblichen Anisotropie Separators zeichnungs die Separator Naßfestigkeit in jede Richtung im wesentlichen der gleiche, aber die Kosten sind hoch., um die spezifische Energie der aktuellen Lithium-Ionen-Batterie zu erhöhen, die Dicke des Separators weiterhin Ausdünnungs, um die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie zu gewährleisten, ein Trennbeschichtung der Mainstream der Entwicklungstendenz des Separators werden, kann eine gemeinsame Beschichtung hauptsächlich in zwei Kategorien aufgeteilt wird, ist eine anorganische Oxidbeschichtung, wie beispielsweise Al2O3, MgO, usw. kann die organische Beschichtung wesentlich die thermische Stabilität des Separators verbessern, die andere sind organischer Polymer beschichteten Separator, beispielsweise die japanischen Hersteller mehr Aramid-beschichteten Separator zu verwenden, kann wirksam die Oxidationsbeständigkeit des Separators verbessern.
Elektrolytlösung ist ein wichtiger Teil der Lithiumionen-Batterie, die Lithium-Ionen-Batterie in der Spielleitung von Li +, dem aktuellen Mainstream Lithiumionen-Batterie-Elektrolyten hauptsächlich Carbonat basierende Elektrolytlösung (typischerweise mindestens zwei Lipid-Karbonat enthält Lösungsmittel, wie EC, DMC, EMC, etc.), Li-Salz normalerweise LiPF6, einen Elektrolyten verwenden, um die Qualität des Films auf der Oberfläche der negativen Elektrode, wir im allgemeinen auch hinzufügen Teil des filmbildenden Additivs in dem Elektrolyten, wie beispielsweise die gemeinsame VC, zu verbessern, in dem Silizium-Kohlenstoff-Basis negative Elektrode für die Elektrolytlösung im allgemeinen zugesetzt, um eine beträchtliche Anzahl von FEC ist ebenfalls zu entwickeln, wenn LiF zu höheren Ebenen des SEI-Film herzustellen, um die Stabilität der SEI negative Elektrode zu verbessern. um die Lithium-Ionen-Batterie-Sicherheit und die Zuverlässigkeit zu verbessern, , Wir fügen auch eine kleine Menge von Anti-Überladung Zusatzstoffe, Flammschutzmittel Zusatzstoffe und andere Bestandteile in den Elektrolyten.
2. Elektrodenherstellung
Nach Abschluss der Materialauswahl sind wir in den nächsten Schritt - die Elektrodenproduktion - eingetreten, zunächst müssen wir vom Homogenat ausgehen: Die Homogenisierung von Lithium-Ionen-Batterien ist das entscheidende Glied in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien. Die Substanzen, Bindemittel und leitfähigen Mittel werden gemischt, um eine gleichförmige Suspension zu bilden.Normalerweise dispergieren wir zuerst das Bindemittel in eine Leimlösung.In einigen Verfahren werden das leitfähige Mittel und der Leim in einem leitfähigenKlebstoff dispergiert, und dann wird das aktive Material gemischt. Beim Mischen mischen einige Prozesse das leitfähige Mittel und das aktive Material zusammen mit der Leimlösung. Der Schlüssel zur Homogenisierung ist, wie die Komponenten in der Aufschlämmung gleichmäßig verteilt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Homogenisierungsprozess optimiert werden. Mit der zunehmenden Popularität von Nanomaterialien, um nanoskalige Materialien besser zu dispergieren, haben Lithium-Ionen-Batterie-Hersteller auch begonnen, Hochgeschwindigkeits-Dispergiergeräte, die Verwendung von High-Speed-Schere, die Aufschlämmung einheitlichere Dispersion zu machen, zusätzlich gibt es auch viele Materialhersteller zu entwickeln Eine große Anzahl von Additiven zur Verbesserung der Dispersion der Aufschlämmung.
Nachdem die Dispersion der Aufschlämmung abgeschlossen ist, ist der nächste Schritt die Beschichtung von Lithiumionenbatterien.Zu den üblichen Beschichtungsverfahren gehören hauptsächlich zwei Arten: Walzenbeschichtungund Sprühbeschichtung Die Walzenbeschichtungsausrüstung ist nach und nach entfernt worden, aber die Walzenbeschichtungsausrüstung ist gut gereinigt. Die Beschichtungsbreite ist einfach einzustellen und erfordert nur eine kleine Menge Paste, um die Beschichtung zu vervollständigen.Deshalb gibt es viele Anwendungen in einigen chinesischen Linien und Laboratorien.Spritzausrüstung, Transfer durch Zusammendrücken der Aufschlämmung aus der Düse Auf dem Kollektor ist die Beschichtung abgeschlossen, die Sprühausrüstung kann eine Aufschlämmung mit einer höheren Viskosität und einem höheren Feststoffgehalt verwenden, und der Oberflächenzustand der Elektrode ist ebenfalls besser, so dass sie weitverbreitet verwendet wird Bei der tatsächlichen Herstellung wird die Beschichtungsgeschwindigkeit im allgemeinen auf 25-50 m eingestellt Zwischen / min erhöht man die Trocknungsgeschwindigkeit hauptsächlich, um die Länge des Ofens zu erhöhen.Obwohl dies eine gewisse Anlageninvestition erhöht, kann dies den Produktionsplanbeträchtlich beschleunigen und die Produktionskosten reduzieren.Es gibt jedoch eine Grenze für die Länge des Ofens. Der Grund dafür ist, dass mit zunehmender Länge des Ofens die Spannungssteuerung des Stromabnehmers zunimmt, insbesondere wenn ultradünne Kollektoren mit geringerer Intensität verwendet werden.Dieses Problem wird auch ernster werden. Daher kann die Länge des Ofens nicht unbegrenzt erhöht werden.Zusätzlich kann eine schnelle Trocknung bei hohen Temperaturen auch das Phänomender ungleichmäßigen Verteilung von PVDF-Bindemitteln in den Elektroden erhöhen, was zu einer Verringerung der Adhäsion von aktiven Substanzen führt.Daher ist es für uns schwierig, kontinuierlich zu verbessern. Die Ofentemperatur erhöht die Beschichtungsgeschwindigkeit der Elektrode, so dass die Zunahme der Beschichtungsgeschwindigkeit begrenzt ist.
Unmittelbar nach dem Beschichten wird die Porosität der getrockneten Elektrode zwischen 60-70% liegen, und dann werden wir sie mit einer Walzenpresse rollen, um ihre Porosität auf ungefähr 40% zu reduzieren.Einerseits kann sie die Batterie anheben. Die spezifische Energie kann auch die elektrische Leitfähigkeit und Adhäsion der Elektrode signifikant verbessern.Der Rollendurchmesser der Rollenpresse beträgt im Allgemeinen 600-1000 mm.Der größere Rollendurchmesser kann die Länge der effektiven Rollverdichterzoneerhöhen, was den Rollvorgang verlangsamen kann. Dies ist besonders wichtig für dicke Elektroden (dicke Elektroden sind anfällig für Versagen durch Drucküberlastung während des Walzens).
Nach Beendigung des Elektrodenrollens müssen wir die Elektrode entsprechend der Struktur der Batterie auf eine bestimmte Breite zuschneiden, dann wird die Elektrode in einem Vakuumofen getrocknet, um aus dem in der Elektrode enthaltenen Wasser herauszukommen.Es ist normalerweise notwendig, das Wasser in die Batterie zu geben. Der Inhalt wird unter 500ppm kontrolliert, um den Einfluss von Feuchtigkeit auf die Lebensdauer und Nebenreaktionen von Lithium-Ionen-Batterien zu minimieren.
Aus Platzgründen haben wir heute vor allem die beiden Verfahren "Materialauswahl" und "Elektrodenbeschichtung" für den Power-Akku eingeführt. Im nächsten Artikel werden wir weiterhin "Einzelzellproduktion" und "Batteriekombination" vorstellen. Prozess, bleib dran.
