دليل كامل لعملية إنتاج بطارية الليثيوم

دليل كامل لعملية إنتاج بطارية الليثيوم

البطاريات الأيونية عبارة عن نظام معقد يتضمن قطبًا موجبًا، وقطبًا سالبًا، وفاصلًا، وإلكتروليتًا، ومجمعًا وموثقًا للتيار، وعامل موصل، وما إلى ذلك. وتشمل التفاعلات المعنية تفاعلات كهروكيميائية للأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، وأيونات الليثيوم وتوصيل الإلكترون، وانتشار الحرارة. عملية إنتاج بطاريات الليثيوم طويلة نسبيًا، وتتضمن أكثر من 50 عملية.

يمكن تقسيم بطاريات الليثيوم إلى بطاريات أسطوانية، وبطاريات مربعة، وبطاريات لينة حسب شكلها، مع وجود بعض الاختلافات في عمليات الإنتاج. ومع ذلك، بشكل عام، يمكن تقسيم عملية تصنيع بطارية الليثيوم إلى العملية الأمامية (تصنيع القطب الكهربائي)، والعملية الوسطى (تخليق الخلايا)، والعملية الخلفية (التشكيل والتعبئة). نظرًا لمتطلبات أداء السلامة العالية لبطاريات الليثيوم أيون، هناك متطلبات عالية للغاية فيما يتعلق بالدقة والاستقرار ومستوى التشغيل الآلي لمعدات الليثيوم أيون في عملية تصنيع البطاريات.

معدات بطارية الليثيوم هي معدات معالجة تستخدم عمليات مرتبة لتصنيع المواد الخام مثل مواد القطب الموجب والسالب والمواد الفاصلة والإلكتروليت. معدات بطارية الليثيوم لها تأثير كبير على أداء وتكلفة بطاريات الليثيوم وهي أحد العوامل المحددة. وفقًا لتدفقات العمليات المختلفة، يمكن تقسيم معدات بطارية الليثيوم إلى معدات أمامية، ومعدات متوسطة المرحلة، ومعدات خلفية. في خط إنتاج بطاريات الليثيوم، تبلغ قيمة المعدات الأمامية والمتوسطة والخلفية حوالي 4:3:3.

الهدف الإنتاجي من العملية السابقة هو استكمال تصنيع ألواح الأقطاب الكهربائية (الموجبة والسالبة). تتضمن العملية الرئيسية للمرحلة السابقة الخلط، والطلاء، والدرفلة، والقطع، والتقطيع، والقطع بالقالب. تشمل المعدات المستخدمة بشكل رئيسي: الخلاط، آلة الطلاء، آلة الضغط الأسطوانية، آلة القطع، آلة التقطيع، آلة القطع القالبي، إلخ.

خلط الملاط (المعدات المستخدمة: خلاط الفراغ) هو خلط مواد بطارية الحالة الصلبة الإيجابية والسلبية بالتساوي ثم إضافة المذيب لتحريكها إلى الملاط. يعد خلط الملاط نقطة البداية للعملية السابقة والأساس لاستكمال الطلاء والدرفلة والعمليات الأخرى اللاحقة.

الطلاء (المعدات المستخدمة: آلة الطلاء) هو طلاء الملاط المقلب بالتساوي على الرقاقة المعدنية وتجفيفه لصنع ألواح موجبة وسالبة. وباعتبارها الرابط الأساسي للعملية السابقة، فإن جودة تنفيذ عملية الطلاء تؤثر بشكل عميق على اتساق البطارية النهائية وسلامتها وعمرها. ولذلك، فإن آلة الطلاء هي المعدات الأكثر قيمة في العملية السابقة.

الضغط الأسطواني (المعدات المستخدمة: الضغط الأسطواني) هو لزيادة ضغط القطب المطلي، وبالتالي زيادة كثافة طاقة البطارية. يؤثر تسطيح القطب المدلفن بشكل مباشر على تأثير المعالجة لعملية الحز اللاحقة، كما يؤثر توحيد المواد الفعالة في القطب بشكل غير مباشر على أداء خلية البطارية.

التقسيم (المعدات المستخدمة: آلة الحز) هي عملية قطع لفائف واسعة من قطع الأعمدة بشكل مستمر إلى عدة قطع ضيقة بالعرض المطلوب. يحدث فشل كسر لوحة القطب أثناء القطع بسبب عمل القص، ونعومة الحافة بعد القطع (بدون نتوءات أو انبعاج) هي المفتاح لتقييم أداء آلة الحز.

يشمل الإنتاج (المعدات المستخدمة: آلة الإنتاج) لحام آذان القطب الكهربائي لقطع القطب الكهربائي المقطوعة، أو وضع شريط واقي، أو تغليف آذان القطب الكهربائي بالغراء، أو استخدام القطع بالليزر لتشكيل آذان القطب الكهربائي، والتي يمكن استخدامها لعمليات اللف اللاحقة. القطع بالقالب (المعدات المستخدمة: آلة القطع بالقالب) هي عملية التثقيب وتشكيل الصفائح القطبية المطلية للعمليات اللاحقة.

الهدف الإنتاجي للعملية المتوسطة هو استكمال تصنيع خلايا البطارية. هناك اختلافات في خارطة طريق التكنولوجيا ومعدات خط الإنتاج للعملية المتوسطة لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم. جوهر العملية الوسيطة هو عملية التجميع، وتحديدًا التجميع المنظم لألواح القطب الكهربائي (الإيجابي والسالب) المصنوعة من العملية السابقة باستخدام الحجاب الحاجز والكهارل. نظرًا لاختلاف هياكل تخزين الطاقة للبطاريات المربعة (اللفافة) والأسطوانية (اللفافة) والمرنة (الطبقات)، هناك اختلافات واضحة في خارطة طريق التكنولوجيا ومعدات خط الإنتاج لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم في العملية الوسطى. على وجه التحديد، تشمل العمليات الرئيسية للمرحلة المتوسطة للبطاريات المربعة والاسطوانية اللف، وحقن السائل، والتعبئة. تشمل المعدات المستخدمة بشكل أساسي: آلة اللف، آلة حقن السوائل، معدات التعبئة والتغليف (آلة إدخال القشرة، آلة لف الأخدود، آلة الختم، آلة اللحام)، إلخ؛ تشمل العملية الرئيسية للمرحلة المتوسطة للبطارية الناعمة التصفيح، وحقن السائل، والتعبئة، وتشمل المعدات المعنية بشكل أساسي آلة التصفيح، وآلة حقن السائل، ومعدات التعبئة والتغليف، وما إلى ذلك.

اللف (المعدات المستخدمة: آلة اللف) هي عملية لف ألواح الأقطاب الكهربائية التي تنتجها عملية الإنتاج أو آلة قطع قالب اللف إلى خلايا بطارية ليثيوم أيون، تستخدم بشكل أساسي لإنتاج بطاريات ليثيوم أيون مربعة ودائرية. يمكن تقسيم آلة اللف إلى فئتين: آلة اللف المربعة وآلة اللف الأسطوانية، والتي تستخدم على التوالي لإنتاج بطاريات الليثيوم المربعة والاسطوانية. بالمقارنة مع اللف الأسطواني، فإن عملية اللف المربع لديها متطلبات أعلى للتحكم في التوتر، وبالتالي فإن الصعوبة التقنية لآلة اللف المربع أكبر.

التصفيح (المعدات المستخدمة: آلة التصفيح) هي عملية تكديس ألواح الأقطاب الكهربية الفردية التي يتم إنتاجها أثناء عملية القطع بالقالب في خلايا بطارية ليثيوم أيون، والتي تستخدم بشكل أساسي لإنتاج بطاريات اللينة. بالمقارنة مع الخلايا المربعة والاسطوانية، تتمتع الخلايا الناعمة بمزايا كبيرة في كثافة الطاقة والسلامة وأداء التفريغ. ومع ذلك، فإن إكمال مهمة تكديس واحدة بواسطة آلة تصفيح يتضمن عمليات فرعية متعددة في تعاون آلي متوازي ومعقد، ويتطلب تحسين كفاءة التراص معالجة مشكلات التحكم الديناميكي المعقدة؛ ترتبط سرعة آلة اللف ارتباطًا مباشرًا بكفاءة اللف، ووسائل تحسين الكفاءة بسيطة نسبيًا. في الوقت الحاضر، هناك فجوة في كفاءة الإنتاج والإنتاجية بين الخلايا الرقائقية وخلايا الجرح.

يتم استخدام آلة حقن السوائل (المعدات المستخدمة: آلة حقن السوائل) لحقن إلكتروليت البطارية كميًا في الخلية.

تتضمن تعبئة الخلايا (باستخدام معدات مثل آلة إدخال الغلاف، وآلة لف الأخدود، وآلة الختم، وآلة اللحام) وضع قلب الملف في غلاف الخلية.

هدف الإنتاج في المرحلة اللاحقة من العملية هو إكمال التحول إلى التعبئة والتغليف. اعتبارًا من المرحلة المتوسطة، تم تشكيل الهيكل الوظيفي لخلية بطارية الليثيوم، وتكمن أهمية المرحلة الأخيرة في تنشيطها، والخضوع للاختبار والفرز والتجميع، وتشكيل منتج بطارية ليثيوم آمن ومستقر. تشمل العمليات الرئيسية للمرحلة اللاحقة من العملية ما يلي: التشكيل، والفصل، والاختبار، والفرز، وما إلى ذلك. وتشمل المعدات المعنية بشكل أساسي: محركات الشحن والتفريغ، ومعدات الاختبار، وما إلى ذلك.

التشكيل (باستخدام محرك الشحن والتفريغ) هو عملية تنشيط خلية البطارية من خلال الشحنة الأولى، والتي يتم خلالها إنشاء فيلم تخميل فعال (فيلم SEI) على سطح القطب السالب لتحقيق "تهيئة" بطارية الليثيوم. تشير سعة التقسيم (المعدات المستخدمة: محرك الشحن والتفريغ)، والمعروفة أيضًا باسم "قدرة التحليل"، إلى عملية شحن وتفريغ خلية البطارية المحولة وفقًا لمعايير التصميم لقياس سعة خلية البطارية. تتم عملية الشحن والتفريغ لخلية البطارية من خلال عملية التكوين وفصل السعة، وبالتالي فإن محرك الشحن والتفريغ هو المعدات الأساسية الخلفية الأكثر استخدامًا. الحد الأدنى لوحدة العمل لمحرك الشحن والتفريغ هو "القناة". تتكون "الوحدة" (BOX) من عدة "قنوات"، ويتم دمج "وحدات" متعددة لتكوين محرك شحن وتفريغ.

يجب إجراء الاختبار (المعدات المستخدمة: معدات الاختبار) قبل وبعد الشحن والتفريغ والراحة؛ يشير الفرز إلى تصنيف واختيار البطاريات التي تم تشكيلها وتقسيمها وفق معايير معينة بناءً على نتائج الكشف. لا تقتصر أهمية عملية الكشف والفرز على التخلص من المنتجات غير المؤهلة فحسب، بل أيضًا لأنه في التطبيقات العملية لبطاريات الليثيوم أيون، غالبًا ما يتم دمج الخلايا بالتوازي أو بالتسلسل. ولذلك، فإن اختيار الخلايا ذات الأداء المماثل يمكن أن يساعد في تحقيق الأداء العام الأمثل للبطارية.

لا يمكن فصل إنتاج بطاريات الليثيوم عن معدات إنتاج بطاريات الليثيوم. بالإضافة إلى المواد المستخدمة في البطارية نفسها، تعد عملية التصنيع ومعدات الإنتاج من العوامل المهمة التي تحدد أداء البطارية. في الأيام الأولى، اعتمدت معدات بطاريات الليثيوم في الصين بشكل أساسي على الواردات. بعد عدة سنوات من التطور السريع، تجاوزت شركات معدات بطاريات الليثيوم الصينية تدريجيًا شركات المعدات اليابانية والكورية من حيث التكنولوجيا والكفاءة والاستقرار والجوانب الأخرى، وتتمتع بمزايا في فعالية التكلفة وصيانة ما بعد البيع وجوانب أخرى. في الوقت الحاضر، تم تشكيل مجموعة من شركات معدات بطاريات الليثيوم المحلية وأصبحت بطاقة عمل للمعدات المتطورة الصينية التي تدخل السوق الدولية. مع التحالف الرأسي والتوسع الخارجي لقادة بطاريات الليثيوم، استفادت معدات بطاريات الليثيوم من التوسع في المصب وبشرت بفترة جديدة من فرص النمو السريع.