คู่มือกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมฉบับสมบูรณ์

คู่มือกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมฉบับสมบูรณ์

แบตเตอรี่ไอออนเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งรวมถึงอิเล็กโทรดบวก อิเล็กโทรดลบ ตัวคั่น อิเล็กโทรไลต์ ตัวสะสมกระแสไฟฟ้าและสารยึดเกาะ สารนำไฟฟ้า ฯลฯ ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดบวกและลบ ลิเธียมไอออนและการนำอิเล็กตรอน และการแพร่กระจายความร้อน กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นค่อนข้างยาว โดยมีกระบวนการมากกว่า 50 กระบวนการ

แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่ทรงกระบอก แบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยม และแบตเตอรี่แบบอ่อนตามรูปแบบ โดยมีความแตกต่างบางประการในกระบวนการผลิต อย่างไรก็ตาม โดยรวมแล้ว กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งออกเป็นกระบวนการด้านหน้า (การผลิตอิเล็กโทรด) กระบวนการกลาง (การสังเคราะห์เซลล์) และกระบวนการด้านหลัง (การก่อตัวและบรรจุภัณฑ์) เนื่องจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยในระดับสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จึงมีข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับระดับความแม่นยำ ความเสถียร และระบบอัตโนมัติของอุปกรณ์ลิเธียมไอออนในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่

อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นอุปกรณ์ในกระบวนการที่ใช้กระบวนการสั่งการในการผลิตวัตถุดิบ เช่น วัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบ วัสดุตัวแยก และอิเล็กโทรไลต์ อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและราคาของแบตเตอรี่ลิเธียม และเป็นหนึ่งในปัจจัยกำหนด ตามขั้นตอนกระบวนการที่แตกต่างกัน อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ส่วนหน้า อุปกรณ์ระดับกลาง และอุปกรณ์ส่วนหลัง ในสายการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม มูลค่าของอุปกรณ์ส่วนหน้า ระยะกลาง และอุปกรณ์ส่วนหลังคิดเป็นประมาณ 4:3:3

เป้าหมายการผลิตของกระบวนการก่อนหน้านี้คือการผลิตแผ่นอิเล็กโทรด (ขั้วบวกและขั้วลบ) ให้เสร็จสมบูรณ์ กระบวนการหลักของขั้นตอนที่แล้ว ได้แก่ การผสม การเคลือบ การรีด การตัด การหั่น และการตัดด้วยแม่พิมพ์ อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่ประกอบด้วย: เครื่องผสม เครื่องเคลือบ เครื่องรีดลูกกลิ้ง เครื่องตัด เครื่องหั่น เครื่องตัดไดคัท ฯลฯ

การผสมสารละลาย (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องผสมสูญญากาศ) คือการผสมวัสดุแบตเตอรี่โซลิดสเตตเชิงบวกและเชิงลบให้เท่า ๆ กัน จากนั้นเติมตัวทำละลายเพื่อกวนให้เป็นสารละลาย การผสมสารละลายเป็นจุดเริ่มต้นของกระบวนการก่อนหน้านี้และเป็นรากฐานสำหรับการเคลือบ การรีด และกระบวนการอื่นๆ ให้เสร็จสิ้น

การเคลือบ (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องเคลือบ) คือการเคลือบสารละลายที่กวนบนฟอยล์โลหะให้เท่ากันแล้วทำให้แห้งเพื่อสร้างแผ่นบวกและลบ เนื่องจากเป็นการเชื่อมโยงหลักของกระบวนการก่อนหน้านี้ คุณภาพการดำเนินการของกระบวนการเคลือบจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสม่ำเสมอ ความปลอดภัย และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่สำเร็จรูป ดังนั้นเครื่องเคลือบจึงเป็นอุปกรณ์ที่มีคุณค่าที่สุดในกระบวนการก่อนหน้านี้

การกดลูกกลิ้ง (อุปกรณ์ที่ใช้: การกดลูกกลิ้ง) เป็นการอัดอิเล็กโทรดที่เคลือบให้แน่นยิ่งขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ ความเรียบของอิเล็กโทรดแบบรีดส่งผลโดยตรงต่อผลการประมวลผลของกระบวนการตัดที่ตามมา และความสม่ำเสมอของสารออกฤทธิ์ในอิเล็กโทรดก็ส่งผลทางอ้อมต่อประสิทธิภาพของเซลล์แบตเตอรี่เช่นกัน

การแยก (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องตัด) เป็นกระบวนการตัดชิ้นเสาที่ขดกว้างออกเป็นชิ้นแคบ ๆ หลายชิ้นตามความกว้างที่ต้องการอย่างต่อเนื่อง ความล้มเหลวของการแตกหักของแผ่นอิเล็กโทรดในระหว่างการตัดเกิดจากแรงเฉือน และความเรียบของขอบหลังการตัด (โดยไม่มีเสี้ยนหรือการโก่งงอ) เป็นกุญแจสำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของเครื่องตัด

การผลิต (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องจักรที่ใช้ในการผลิต) รวมถึงการเชื่อมหูอิเล็กโทรดของชิ้นส่วนอิเล็กโทรดที่ถูกตัด การติดเทปป้องกัน การพันหูอิเล็กโทรดด้วยกาว หรือใช้การตัดด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างหูอิเล็กโทรด ซึ่งสามารถใช้สำหรับกระบวนการม้วนที่ตามมา Die-cutting (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องตัดไดคัท) เป็นกระบวนการเจาะและขึ้นรูปแผ่นขั้วเคลือบสำหรับกระบวนการต่อไป

เป้าหมายการผลิตของกระบวนการกลางคือการผลิตเซลล์แบตเตอรี่ให้เสร็จสมบูรณ์ แผนงานด้านเทคโนโลยีและอุปกรณ์สายการผลิตของกระบวนการกลางของแบตเตอรี่ลิเธียมประเภทต่างๆ มีความแตกต่างกัน สาระสำคัญของกระบวนการขั้นกลางคือกระบวนการประกอบ โดยเฉพาะการประกอบแผ่นอิเล็กโทรด (ขั้วบวกและขั้วลบ) อย่างเป็นระเบียบซึ่งทำจากกระบวนการก่อนหน้าด้วยไดอะแฟรมและอิเล็กโทรไลต์ เนื่องจากโครงสร้างการจัดเก็บพลังงานที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่สี่เหลี่ยม (ม้วน) ทรงกระบอก (ม้วน) และยืดหยุ่น (เป็นชั้น) จึงมีความแตกต่างที่ชัดเจนในแผนงานด้านเทคโนโลยีและอุปกรณ์สายการผลิตของแบตเตอรี่ลิเธียมประเภทต่างๆ ในกระบวนการกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการหลักของขั้นตอนตรงกลางของแบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยมและทรงกระบอก ได้แก่ การม้วน การฉีดของเหลว และการบรรจุหีบห่อ อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่ประกอบด้วย: เครื่องม้วน เครื่องฉีดของเหลว อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ (เครื่องใส่เปลือก เครื่องรีดร่อง เครื่องซีล เครื่องเชื่อม) ฯลฯ กระบวนการหลักของขั้นตอนกลางของแบตเตอรี่ซอฟต์แพ็คประกอบด้วยการเคลือบ การฉีดของเหลว และบรรจุภัณฑ์ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องเคลือบ เครื่องฉีดของเหลว อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ ฯลฯ

การม้วน (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องม้วน) เป็นกระบวนการม้วนแผ่นอิเล็กโทรดที่ผลิตโดยกระบวนการผลิตหรือเครื่องตัดตายแบบม้วนลงในเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทรงสี่เหลี่ยมและทรงกลม เครื่องม้วนสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เครื่องม้วนแบบสี่เหลี่ยมและเครื่องม้วนทรงกระบอก ซึ่งใช้สำหรับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมทรงสี่เหลี่ยมและทรงกระบอกตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับการม้วนแบบทรงกระบอก กระบวนการม้วนแบบสี่เหลี่ยมมีข้อกำหนดที่สูงกว่าในการควบคุมความตึง ดังนั้นความยากทางเทคนิคของเครื่องม้วนแบบสี่เหลี่ยมจึงมีมากกว่า

การเคลือบ (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องเคลือบ) เป็นกระบวนการซ้อนแผ่นอิเล็กโทรดแต่ละแผ่นที่ผลิตในระหว่างกระบวนการไดคัทลงในเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตแบตเตอรี่แบบอ่อน เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์สี่เหลี่ยมและเซลล์ทรงกระบอก เซลล์แบบซอฟต์แพ็คมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านความหนาแน่นของพลังงาน ความปลอดภัย และประสิทธิภาพการปล่อยประจุ อย่างไรก็ตาม การทำงานซ้อนซ้อนให้เสร็จสิ้นด้วยเครื่องเคลือบบัตรเกี่ยวข้องกับกระบวนการย่อยหลายกระบวนการในการทำงานร่วมกันของกลไกแบบขนานและซับซ้อน และการปรับปรุงประสิทธิภาพการซ้อนซ้อนจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาการควบคุมไดนามิกที่ซับซ้อน ความเร็วของเครื่องม้วนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับประสิทธิภาพการม้วน และวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพนั้นค่อนข้างง่าย ปัจจุบันมีช่องว่างในด้านประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิตระหว่างเซลล์เคลือบและเซลล์แผล

เครื่องฉีดของเหลว (อุปกรณ์ที่ใช้: เครื่องฉีดของเหลว) ใช้เพื่อฉีดอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่เข้าไปในเซลล์ในเชิงปริมาณ

การบรรจุเซลล์ (โดยใช้อุปกรณ์ เช่น เครื่องใส่เปลือก เครื่องรีดร่อง เครื่องซีล เครื่องเชื่อม) เกี่ยวข้องกับการใส่แกนคอยล์เข้าไปในเปลือกเซลล์

เป้าหมายการผลิตในขั้นตอนหลังของกระบวนการคือการแปรรูปเป็นบรรจุภัณฑ์ให้เสร็จสิ้น ในระยะกลาง โครงสร้างการทำงานของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมได้ถูกสร้างขึ้น และความสำคัญของระยะหลังคือการเปิดใช้งาน ผ่านการทดสอบ การคัดแยก และการประกอบ และสร้างผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพ กระบวนการหลักของขั้นตอนต่อมาของกระบวนการประกอบด้วย: การขึ้นรูป การแยก การทดสอบ การคัดแยก ฯลฯ อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่ประกอบด้วย: มอเตอร์ชาร์จและคายประจุ อุปกรณ์ทดสอบ ฯลฯ

การก่อตัว (โดยใช้มอเตอร์ชาร์จและคายประจุ) เป็นกระบวนการเปิดใช้งานเซลล์แบตเตอรี่ผ่านการชาร์จครั้งแรก ในระหว่างนั้นฟิล์มฟิล์มที่มีประสิทธิภาพ (ฟิล์ม SEI) จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวอิเล็กโทรดเชิงลบเพื่อให้บรรลุ "การเริ่มต้น" ของแบตเตอรี่ลิเธียม การแบ่งความจุ (อุปกรณ์ที่ใช้แล้ว: มอเตอร์ชาร์จและคายประจุ) หรือที่เรียกว่า "การวิเคราะห์ความจุ" หมายถึงกระบวนการชาร์จและคายประจุเซลล์แบตเตอรี่ที่แปลงแล้วตามมาตรฐานการออกแบบเพื่อวัดความจุของเซลล์แบตเตอรี่ กระบวนการชาร์จและการคายประจุของเซลล์แบตเตอรี่ทำงานผ่านกระบวนการสร้างและแยกความจุ ดังนั้นมอเตอร์ชาร์จและคายประจุจึงเป็นอุปกรณ์หลักด้านหลังที่ใช้บ่อยที่สุด หน่วยงานขั้นต่ำของมอเตอร์ชาร์จและคายประจุคือ "แชนเนล" "ยูนิต" (BOX) ประกอบด้วย "ช่อง" หลายช่อง และ "ยูนิต" หลายช่องรวมกันเพื่อสร้างมอเตอร์ชาร์จและคายประจุ

การทดสอบ (อุปกรณ์ที่ใช้: อุปกรณ์ทดสอบ) จะต้องดำเนินการก่อนและหลังการชาร์จ การคายประจุ และการพักผ่อน การเรียงลำดับหมายถึงการจำแนกประเภทและการเลือกแบตเตอรี่ที่ได้รับการขึ้นรูปและแบ่งตามมาตรฐานที่กำหนดโดยอิงจากผลการตรวจจับ ความสำคัญของกระบวนการตรวจจับและคัดแยกไม่เพียงแต่เพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ไม่มีคุณสมบัติเหมาะสมเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะในการใช้งานจริงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์มักจะรวมกันแบบขนานหรือแบบอนุกรม ดังนั้นการเลือกเซลล์ที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกันสามารถช่วยให้แบตเตอรี่ได้รับประสิทธิภาพโดยรวมที่เหมาะสมที่สุด

การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไม่สามารถแยกออกจากอุปกรณ์การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมได้ นอกจากวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่แล้ว กระบวนการผลิตและอุปกรณ์การผลิตยังเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในช่วงแรก อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมของจีนอาศัยการนำเข้าเป็นหลัก หลังจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วเป็นเวลาหลายปี บริษัทอุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมของจีนค่อยๆ แซงหน้าบริษัทอุปกรณ์ของญี่ปุ่นและเกาหลีในแง่ของเทคโนโลยี ประสิทธิภาพ ความเสถียร และด้านอื่นๆ และมีข้อได้เปรียบในด้านความคุ้มค่า การบำรุงรักษาหลังการขาย และด้านอื่นๆ ปัจจุบันมีการจัดตั้งกลุ่มวิสาหกิจอุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมในประเทศและกลายเป็นนามบัตรสำหรับอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ของจีนที่เข้าสู่ตลาดต่างประเทศ ด้วยพันธมิตรแนวดิ่งและการขยายตัวในต่างประเทศของผู้นำแบตเตอรี่ลิเธียม อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมได้รับประโยชน์จากการขยายตัวขั้นปลายน้ำ และนำไปสู่โอกาสในการเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาใหม่