Литиево-ионные батареи представляют собой сложную систему, которая включает в себя положительный электрод, отрицательный электрод, сепаратор, электролит, токоприемник и связующее, проводящий агент и т. Д. В число реакций входят электрохимические реакции положительных и отрицательных электродов, литий-ионная проводимость и проводимость электронов, Наряду с распространением тепла на электрические характеристики и безопасность литиево-ионных батарей влияют многие факторы, поэтому можно представить себе сложность проектирования и производства литиево-ионных батарей. Сегодня Xiao Bian предлагает читателям и друзьям узнать о силе. Вся конструкция и процесс производства батареи от «выбора материала» до окончательного производства «батарейного блока».
В целом, разработка литий-ионных батарей разделяется на несколько циклов: первое - это фундаментальные исследования в лаборатории. Эта часть в основном относится к кнопочным полуэлементам или простым батареям из мягкой упаковки. Основной целью этой стадии является тестирование материалов и Производительность композиции, поскольку структура батареи не оптимизирована, поэтому полученные результаты здесь не могут быть непосредственно применены к производству. После проведения предварительных испытаний и оценок на лабораторном уровне хорошие материалы и составы будут перенесены на следующий этап. - Во время экспериментальной фазы тестирования необходимо учитывать общую производительность батареи, такую как плотность энергии батареи (количество положительных и отрицательных электродов), а также характеристики, такие как быстрый заряд и скорость, и выяснить проблемы процесса, которые могут возникнуть при крупномасштабном производстве. , Внедрять своевременные корректировки. Благодаря вышеуказанному процессу, после совершенствования состава и производства батареи, зрелые продукты, наконец, могут быть введены в официальное производство. Поскольку существует множество факторов, влияющих на производительность литиево-ионных батарей, каждый параметр проектирования, производства или подключения будет Это оказывает существенное влияние на максимальные электрические характеристики и безопасность батареи, поэтому нам необходимо иметь глубокое понимание материала, дизайна и процесса Влияние параметров на конечную производительность продукта.
Материал батареи
Конструкция батареи будет первым выбор материалом с самого начала, необходимость целевого спросом, такие как плотность энергии, характеристика скорости, продолжительность цикла и показатели безопасности, выбрать соответствующие материалы выбор материала катода., Мы можем выбрать структуру оливина LiFePO4 Этот тип материала более подходит для использования на автобусах, которые не требуют высокой плотности энергии. Кроме того, имеются высокопроизводительные слоистые материалы, такие как NCM и NCA. Эти материалы более подходят для использования в чистых электромобилях из-за их более высокой стоимости. LiMn2O4 структура шпинели является более подходящей для использования в гибридных транспортных средствах. анодный материал, текущий основной выбор искусственный графит, природный графит и мезофазный углерод микроструктуру материала шарика, текущая емкость батареи, чем показатели продолжает улучшаться В случае, мы также добавляем небольшое количество материала Si к графитовому материалу (обычно<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.
Кроме того, частицы активного материала прилипать к поверхности коллектора тока также необходимо добавить 1-4% связующее вещество, связующее вещество присутствует два основных типа клея на основе масла является классом, основной класс является ПВДФОМ Binder, PVDF обладает очень хорошей электрохимической стабильностью и является одним из наиболее широко используемых литиево-ионных аккумуляторов. Другая основная категория - клеи на водной основе, в основном CMC и SBR, типа PAA. слипание агента.
Для литий-ионного аккумулятора в пределах электронной проводимостью, мы также должны быть применены к положительным и отрицательным коллектором тока, главным образом алюминиевой фольги и медной фольги, медной фольги тока основной 8um, алюминиевой фольгой, как 15 мкм, но как отношение литий-ионного аккумулятора непрерывно повышать энергию, производители начали использовать более тонкую медную фольгу и 6um 12um Al фольгу, но его плохая прочность, проблема с использованием и склонно к ломать гофрированными и т.д. иногда, для того, чтобы уменьшить внутреннее сопротивление батареи иона лития, Для улучшения адгезии мы также будем наносить слой углеродного материала (3-5 мкм) на поверхность медной фольги или алюминиевой фольги. Например, алюминиевая фольга с покрытием из углерода может играть более важную роль в системе материалов LiFePO4.
Сепаратор также является важной частью литий-ионной батареи. Он несет роль изоляции электропроводящих ионов. В настоящее время общие методы подготовки диафрагмы в основном разделяются на сухой процесс вытяжки и влажный процесс. Сухой процесс вытяжки имеет преимущество в затратах. Некоторые преимущества, но в сепараторе есть очевидная анизотропия, полученная в процессе сухого растяжения. Сила влажного сепаратора во всех направлениях в основном одинакова, но стоимость выше. В настоящее время для увеличения удельной энергии литиево-ионного аккумулятора толщина сепаратора Непрерывное истончение, чтобы обеспечить безопасность литий-ионных батарей, разделитель покрытий стал основным направлением развития диафрагмы, общее покрытие можно разделить на две основные категории: одно из них - неорганическое оксидное покрытие, такое как Al2O3, MgO и т. Д. , органическое покрытие может значительно улучшить термическую стабильность диафрагмы, а другое - сепаратор на основе органических полимерных покрытий, например, японские производители используют больше сепаратора арамидного покрытия, могут эффективно улучшать антиокислительное действие сепаратора.
Электролит также является важной частью литиево-ионной батареи. Он играет роль проводника Li + внутри литиево-ионной батареи. В настоящее время основным электролитом литий-ионного аккумулятора является в основном карбонатный электролит (обычно содержащий по меньшей мере два типа карбонатов Растворители, такие как EC, DMC, EMC и т. Д., И соль Li, как правило, LiPF6. Чтобы улучшить качество образования пленки электролита на поверхности отрицательного электрода, мы обычно добавляем к электролиту некоторые пленкообразующие добавки, такие как общие VC. Электролиты, разработанные для кремний-углеродных отрицательных электродов, обычно также содержат значительное количество FEC для получения пленки SEI с более высоким содержанием LiF, чтобы улучшить стабильность отрицательного SEI. Кроме того, для повышения надежности и безопасности литий-ионных батарей , Мы также добавим небольшое количество добавок против перегрузки, огнестойких добавок и других ингредиентов в электролите.
2. Производство электродов
После завершения выбора материалов мы ввели следующий шаг - производство электродов. Прежде всего, мы должны начать с гомогената. Гомогенизация литий-ионных батарей является ключевым звеном в производстве литий-ионных батарей. Вещества, связующие и проводящие агенты смешивают с образованием однородной суспензии. Обычно сначала диспергируют связующее вещество в клеевом растворе. В некоторых процессах проводящий агент и клей диспергируются в проводящем адгезиве, а затем в активном материале. При смешивании некоторые процессы будут смешивать проводящий агент и активный материал вместе с клеящим раствором. Ключом к гомогенизации является способ равномерного диспергирования компонентов в суспензии. Для достижения этой цели процесс гомогенизации необходимо оптимизировать. С ростом популярности наноматериалов, чтобы лучше диспергировать наноразмерные материалы, производители литий-ионных аккумуляторов также начали использовать высокоскоростное дисперсионное оборудование, использование высокоскоростного сдвига, делая суспензию более однородной дисперсией, кроме того, есть много производителей материалов для разработки Большое количество добавок для улучшения дисперсии суспензии.
После завершения дисперсии суспензии следующей стадией является покрытие литиево-ионных батарей. В настоящее время общие процессы покрытия в основном состоят из двух типов: роликовое покрытие и покрытие распылением. Оборудование для нанесения покрытий постепенно снижается, но оборудование для нанесения покрытий хорошо очищается. Ширина покрытия легко регулируется, и для покрытия покрытия требуется только небольшое количество пасты, поэтому в некоторых китайских линиях и лабораториях много применений. Распылительное оборудование, передача путем сжимания суспензии из сопла На коллекторе покрытие заканчивается, распылительное оборудование может использовать суспензию с более высокой вязкостью и содержанием твердого вещества, а также хорошее состояние поверхности электрода, поэтому оно широко используется. При фактическом производстве скорость покрытия обычно контролируется на уровне 25-50 м Между / мин, чтобы увеличить скорость сушки, главным образом, необходимо увеличить длину духовки, что увеличит объем инвестиций в какое-то оборудование, но может значительно ускорить график производства и снизить себестоимость, но существует ограничение на длину печи. Причина в том, что по мере увеличения длины духового шкафа контроль натяжения токосъемника будет возрастать, особенно когда используются сверхтонкие коллекторы с меньшей интенсивностью. Эта проблема также станет более серьезной. Таким образом, мы не можем увеличивать длину печи неограниченно. Кроме того, быстрое высыхание при высоких температурах также может увеличить явление неравномерного распределения связующих PVDF в электродах, что приводит к уменьшению адгезии активных материалов, поэтому нам трудно непрерывно улучшаться. Температура в печи повышает скорость покрытия электрода, поэтому существует ограничение на увеличение скорости покрытия.
Сразу же после покрытия пористость высушенного электрода будет составлять 60-70%. Затем мы будем катить ее с помощью роликового пресса, чтобы уменьшить его пористость до примерно 40%. С одной стороны, он может поднять аккумулятор. Конкретная энергия также может значительно улучшить электропроводность и адгезию электрода. Диаметр ролика пресса валка обычно составляет 600-1000 мм. Более высокий диаметр ролика может увеличить длину эффективной зоны уплотнения роликов, что может замедлить процесс прокатки. Это особенно важно для толстых электродов (толстые электроды подвержены разрушению из-за перегрузки по давлению во время прокатки).
После окончания электроэрозионной прокатки мы должны разделить электрод на определенную ширину в соответствии со структурой батареи. Затем электрод будет высушен в вакуумной печи, чтобы удалить участвующую влагу в электроде. Обычно необходимо поместить воду в батарею. Содержимое контролируется ниже 500 ppm, чтобы минимизировать влияние влаги на продолжительность жизни и побочные реакции литий-ионных батарей.
Из-за ограниченного пространства сегодня мы в основном ввели два процесса «выбор материала» и «покрытие электродов» для питания аккумулятора. В следующей статье мы продолжим вводить «одноячеечное производство» и «комбинацию батарей». Процесс, следите за обновлениями.
