Com o rápido desenvolvimento dobateria de lítioNa indústria, os cenários de aplicação das baterias de lítio continuam a se expandir, tornando-se um dispositivo de energia indispensável na vida e no trabalho das pessoas. No que diz respeito ao processo de produção de baterias de lítio personalizadas, as principais etapas incluem: ingredientes, revestimento, laminação, preparação, enrolamento, encapsulamento, laminação a frio, injeção de líquido, soldagem, etc. A seguir, apresentamos os pontos-chave do processo de produção de baterias de lítio. Ingredientes do eletrodo positivo: O eletrodo positivo das baterias de lítio é composto por materiais ativos, agentes condutores, adesivos, etc. Primeiramente, as matérias-primas são confirmadas e curadas. De modo geral, o agente condutor precisa ser curado a ≈120°C por 8 horas, e o adesivo PVDF precisa ser curado a ≈80°C por 8 horas. A necessidade de cura e secagem dos materiais ativos (LFP, NCM, etc.) depende do estado das matérias-primas. Atualmente, as fábricas de baterias de lítio geralmente requerem temperatura ≤40°C e umidade ≤25%UR. Após a secagem completa, a cola PVDF (solvente PVDF, solução NMP) precisa ser preparada com antecedência. A qualidade da cola PVDF é crucial para a resistência interna e o desempenho elétrico da bateria. Fatores que afetam a aplicação da cola incluem a temperatura e a velocidade de agitação. Quanto maior a temperatura, maior o amarelamento da cola, o que afeta a adesão. Se a velocidade de mistura for muito alta, a cola pode ser facilmente danificada. A velocidade de rotação específica depende do tamanho do disco de dispersão. De modo geral, a velocidade linear do disco de dispersão é de 10 a 15 m/s (dependendo do equipamento). Nesse momento, é necessário ligar a circulação de água no tanque de mistura e a temperatura deve ser ≤ 30 °C.

Adicione a pasta catódica em lotes. Neste momento, é preciso prestar atenção à ordem de adição dos materiais. Primeiro, adicione o material ativo e o agente condutor, mexendo lentamente, e depois adicione a cola. O tempo e a proporção de alimentação devem ser rigorosamente seguidos, de acordo com o processo de produção de baterias de lítio. Em segundo lugar, a velocidade de rotação do equipamento deve ser controlada com rigor. De modo geral, a velocidade linear de dispersão deve ser superior a 17 m/s. Isso depende do desempenho do equipamento, que varia bastante entre os fabricantes. Controle também o vácuo e a temperatura da mistura. Nesta etapa, o tamanho das partículas e a viscosidade da pasta precisam ser monitorados regularmente. O tamanho das partículas e a viscosidade estão intimamente relacionados ao teor de sólidos, às propriedades do material, à sequência de alimentação e ao processo de fabricação da bateria de lítio. O processo convencional requer temperatura ≤ 30 °C, umidade ≤ 25% UR e vácuo ≤ -0,085 MPa. Transfira a pasta para um tanque de transferência ou cabine de pintura. Após a transferência, a pasta deve ser peneirada. O objetivo é filtrar partículas grandes, precipitar e remover substâncias ferromagnéticas e outras. Partículas grandes podem afetar o revestimento e causar autodescarga excessiva da bateria ou risco de curto-circuito; excesso de material ferromagnético na pasta pode causar autodescarga excessiva da bateria e outros defeitos. Os requisitos do processo de produção de baterias de lítio são: temperatura ≤ 40 °C, umidade ≤ 25% UR, malha da peneira ≤ 100 mesh e tamanho das partículas ≤ 15 µm.

Eletrodo negativoIngredientes: O eletrodo negativo da bateria de lítio é composto por material ativo, agente condutor, aglutinante e dispersante. Primeiro, confirme as matérias-primas. O sistema de ânodo tradicional utiliza um processo de mistura à base de água (o solvente é água deionizada), portanto, não há requisitos especiais de secagem para as matérias-primas. O processo de produção de baterias de lítio exige que a condutividade da água deionizada seja ≤1 µs/cm. Requisitos da oficina: temperatura ≤40 °C, umidade ≤25% UR. Prepare a cola. Após a determinação das matérias-primas, a cola (composta de CMC e água) deve ser preparada. Neste ponto, despeje o grafite C e o agente condutor em um misturador para mistura a seco. Recomenda-se não usar vácuo ou ligar a circulação de água, pois as partículas são extrudadas, friccionadas e aquecidas durante a mistura a seco. A velocidade de rotação deve ser baixa, de 15 a 20 rpm, o ciclo de raspagem e moagem deve ser repetido de 2 a 3 vezes, com um intervalo de aproximadamente 15 minutos entre cada ciclo. Despeje a cola no misturador e inicie o processo de vácuo (≤-0,09 MPa). Comprima a borracha em baixa velocidade (15 a 20 rpm) por duas vezes, depois ajuste a velocidade (baixa velocidade: 35 rpm; alta velocidade: 1200 a 1500 rpm) e deixe em funcionamento por cerca de 15 a 60 minutos, de acordo com o processo úmido de cada fabricante. Finalmente, despeje o SBR no misturador. Recomenda-se agitar em baixa velocidade, pois o SBR é um polímero de cadeia longa. Se a velocidade de rotação for muito alta por um longo período, a cadeia molecular se romperá facilmente e perderá sua atividade. Recomenda-se agitar em baixa velocidade (35 a 40 rpm) e em alta velocidade (1200 a 1800 rpm) por 10 a 20 minutos. Teste a viscosidade (2000 a 4000 mPa.s), o tamanho das partículas (≤ 35 µm), o teor de sólidos (40 a 70%), o grau de vácuo e a granulometria (≤ 100 mesh). Os valores específicos do processo variam dependendo das propriedades físicas do material e do processo de mistura. A oficina requer temperatura ≤30℃ e umidade ≤25%UR. Revestimento do cátodo: O processo de fabricação de baterias de lítio refere-se à extrusão ou pulverização da pasta catódica na superfície AB do coletor de corrente de alumínio, com uma densidade superficial de ≈20~40 mg/cm² (tipo bateria de lítio ternária). A temperatura do forno geralmente fica acima de 4 a 8 nós, e a temperatura de cura de cada seção é ajustada entre 95°C e 120°C de acordo com as necessidades reais para evitar rachaduras transversais e gotejamento de solvente durante a cura. A relação de velocidade do rolo de revestimento é de 1,1 a 1,2, e a folga entre os eletrodos é reduzida em 20-30 µm para evitar compactação excessiva na região do eletrodo devido ao acúmulo de material durante os ciclos de carga e descarga da bateria, o que pode levar à precipitação de lítio. Umidade do revestimento ≤2000-3000 ppm (dependendo do material e do processo). A temperatura do eletrodo positivo na oficina é ≤30℃ e a umidade é ≤25%. O diagrama esquemático é o seguinte: Diagrama esquemático da fita de revestimento

Ofabricação de baterias de lítioprocesso derevestimento do eletrodo negativoRefere-se à extrusão ou pulverização da pasta do eletrodo negativo na superfície AB do coletor de corrente de cobre. A densidade da superfície individual é de aproximadamente 10 a 15 mg/cm². O forno de revestimento geralmente possui de 4 a 8 seções (ou mais), e a temperatura de cura de cada seção varia de 80 °C a 105 °C. Essa temperatura pode ser ajustada de acordo com as necessidades reais para evitar trincas de cura e trincas transversais. A relação de velocidade do rolo de transferência é de 1,2 a 1,3, a espessura da camada é reduzida para 10 a 15 µm, a concentração da tinta é ≤ 3000 ppm, a temperatura do eletrodo negativo na oficina é ≤ 30 °C e a umidade é ≤ 25%. Após a secagem do revestimento positivo da placa positiva, o tambor precisa ser alinhado durante o processo. O rolo é usado para compactar a folha do eletrodo (a massa do revestimento por unidade de volume). Atualmente, existem dois métodos de prensagem do eletrodo positivo no processo de fabricação de baterias de lítio: prensagem a quente e prensagem a frio. Em comparação com a prensagem a frio, a prensagem a quente apresenta maior compactação e menor taxa de recuperação. No entanto, o processo de prensagem a frio é relativamente simples e fácil de operar e controlar. O principal objetivo do processo é atingir os seguintes valores de compactação, taxa de recuperação e alongamento. Ao mesmo tempo, deve-se observar que lascas quebradiças, grumos duros, materiais soltos, bordas onduladas, etc., não são permitidos na superfície da peça, e quebras nas frestas também não são permitidas. Nesse processo, a temperatura ambiente da oficina deve ser ≤23℃ e a umidade ≤25%. A densidade real dos materiais convencionais atuais é:

Compactação comumente utilizada:

Taxa de rebote: rebote geral de 2 a 3 μm

Alongamento: A folha do eletrodo positivo é geralmente ≈1,002

Após a conclusão do rolo do eletrodo positivo, a próxima etapa é dividir toda a peça do eletrodo em pequenas tiras da mesma largura (correspondente à altura da bateria). Ao cortar, preste atenção às rebarbas da peça polar. É necessário inspecionar minuciosamente as peças polares em busca de rebarbas nas direções X e Y com o auxílio de um equipamento bidimensional. O comprimento longitudinal da rebarba no processo Y ≤ 1/2 H da espessura do diafragma. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤ 23 °C e o ponto de orvalho ≤ -30 °C. O processo de fabricação das folhas do eletrodo negativo para baterias de lítio é o mesmo que o dos eletrodos positivos, mas o projeto do processo é diferente. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤ 23 °C e a umidade relativa ≤ 25%. Densidade real de materiais comuns para eletrodos negativos:

Compactação comum do eletrodo negativo: Taxa de rebote: Rebote geral de 4 a 8 µm. Alongamento: Placa positiva geralmente ≈ 1,002. O processo de produção de decapagem do eletrodo positivo da bateria de lítio é semelhante ao processo de decapagem do eletrodo positivo convencional, e ambos exigem o controle de rebarbas nas direções X e Y. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤ 23 °C e o ponto de orvalho ≤ -30 °C. Após a placa positiva estar pronta para ser decapada, ela precisa ser seca (120 °C) e, em seguida, a chapa de alumínio é soldada e embalada. Durante esse processo, o comprimento da aba e a largura da moldagem precisam ser considerados. Tomando como exemplo o design **650 (como a bateria 18650), o design com abas expostas visa principalmente a cooperação adequada das abas do cátodo durante a soldagem da tampa e da ranhura de laminação. Se as abas do polo ficarem expostas por muito tempo, um curto-circuito pode ocorrer facilmente entre as abas do polo e a carcaça de aço durante o processo de laminação. Se o terminal for muito curto, a tampa não poderá ser soldada. Atualmente, existem dois tipos de cabeçotes de soldagem ultrassônica: lineares e pontuais. Os processos nacionais utilizam principalmente cabeçotes de soldagem lineares devido a considerações de sobrecorrente e resistência da soldagem. Além disso, utiliza-se cola de alta temperatura para cobrir os terminais de solda, principalmente para evitar o risco de curto-circuito causado por rebarbas e detritos metálicos. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤23℃, o ponto de orvalho deve ser ≤-30℃ e o teor de umidade do cátodo deve ser ≤500-1000 ppm.

Preparação de placa negativaA placa negativa precisa ser seca (105-110 °C), depois as lâminas de níquel são soldadas e embaladas. O comprimento da aba de solda e a largura de formação também precisam ser considerados. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤ 23 °C, o ponto de orvalho deve ser ≤ -30 °C e o teor de umidade do eletrodo negativo deve ser ≤ 500-1000 ppm. O enrolamento consiste em enrolar o separador, a lâmina do eletrodo positivo e a lâmina do eletrodo negativo em um núcleo de ferro por meio de uma máquina de enrolamento. O princípio é envolver o eletrodo positivo com o eletrodo negativo e, em seguida, separar os eletrodos positivo e negativo por meio de um separador. Como o eletrodo negativo do sistema tradicional é o eletrodo de controle do projeto da bateria, a capacidade projetada é maior do que a do eletrodo positivo, de modo que, durante o carregamento de formação, o Li+ do eletrodo positivo possa ser armazenado no "espaço vazio" do eletrodo negativo. Atenção especial deve ser dada à tensão de enrolamento e ao arranjo das peças polares durante o enrolamento. Uma tensão de enrolamento muito baixa afetará a resistência interna e a taxa de inserção da carcaça. Uma tensão excessiva pode levar ao risco de curto-circuito ou lascamento. O alinhamento refere-se à posição relativa do eletrodo negativo, do eletrodo positivo e do separador. A largura do eletrodo negativo é de 59,5 mm, a do eletrodo positivo é de 58 mm e a do separador é de 61 mm. Os três devem estar alinhados durante a reprodução para evitar o risco de curto-circuito. A tensão de enrolamento geralmente fica entre 0,08-0,15 MPa para o polo positivo, 0,08-0,15 MPa para o polo negativo, 0,08-0,15 MPa para o diafragma superior e 0,08-0,15 MPa para o diafragma inferior. Ajustes específicos dependem do equipamento e do processo. A temperatura ambiente desta oficina é ≤23 °C, o ponto de orvalho é ≤-30 °C e o teor de umidade é ≤500-1000 ppm.

Antes de instalar o núcleo da bateria encapsulado na caixa, é necessário realizar um teste de alta tensão (Hi-Pot) de 200 a 500 V (para verificar se a bateria de alta tensão está em curto-circuito). Além disso, é necessário aspirar o pó para controlar a entrada de poeira. Os três principais pontos de controle em baterias de lítio são umidade, rebarbas e poeira. Após a conclusão do processo anterior, insira a junta inferior na parte inferior do núcleo da bateria, dobre a folha do eletrodo positivo de forma que a superfície fique voltada para o orifício do pino de enrolamento do núcleo da bateria e, finalmente, insira-o verticalmente na caixa de aço ou alumínio. Tomando como exemplo o tipo 18650, o diâmetro externo é de aproximadamente 18 mm e a altura de aproximadamente 71,5 mm. Quando a área da seção transversal do núcleo enrolado for menor que a área da seção transversal interna da caixa de aço, a taxa de inserção na caixa de aço será de aproximadamente 97% a 98,5%. Isso ocorre porque o valor de recuperação do polo positivo e o grau de penetração do líquido durante a inserção posterior devem ser considerados. O mesmo processo utilizado para a camada de base superficial inclui a montagem da camada de base superior. A temperatura ambiente da oficina deve ser ≤23℃ e o ponto de orvalho deve ser ≤-40℃.

RolanteUm pino de solda (geralmente feito de cobre ou liga metálica) é inserido no centro do núcleo de solda. Os pinos de solda mais comuns têm dimensões de Φ2,5*1,6 mm, e a resistência da solda do eletrodo negativo deve ser ≥12 N para ser considerada adequada. Se for muito baixa, pode facilmente causar soldagem inadequada e resistência interna excessiva. Se for muito alta, pode facilmente remover a camada de níquel da superfície da carcaça de aço, resultando em juntas de solda com problemas ocultos, como ferrugem e vazamento. O objetivo básico do sulco de laminação é fixar o núcleo da bateria enrolado na carcaça sem vibração. No processo de fabricação desta bateria de lítio, deve-se prestar atenção especial à correspondência entre a velocidade de extrusão transversal e a velocidade de prensagem longitudinal para evitar o corte da carcaça em uma velocidade transversal muito alta. Se a velocidade longitudinal for muito alta, a camada de níquel do sulco pode se desprender, ou a altura do sulco pode ser afetada, comprometendo a vedação. É necessário verificar se os valores do processo para profundidade, extensão e altura do sulco estão em conformidade com as normas (por meio de cálculos práticos e teóricos). Os tamanhos comuns de fresa são 1,0, 1,2 e 1,5 mm. Após a conclusão do sulco por laminação, toda a máquina precisa ser submetida a vácuo novamente para evitar a entrada de partículas metálicas. O grau de vácuo deve ser ≤-0,065 MPa e o tempo de vácuo deve ser de 1 a 2 segundos. Os requisitos de temperatura ambiente desta oficina são ≤23 °C e o ponto de orvalho é ≤-40 °C. Secagem do núcleo da bateria: Após a laminação e o sulcamento das chapas cilíndricas da bateria, o próximo processo de produção de baterias de lítio é muito importante: a secagem. Durante a produção das células da bateria, uma certa quantidade de umidade é introduzida. Se a umidade não for controlada dentro da faixa padrão em tempo hábil, o desempenho e a segurança da bateria serão seriamente afetados. Geralmente, utiliza-se um forno a vácuo automático para a secagem. Disponha as células a serem aquecidas cuidadosamente, coloque o dessecante no forno, ajuste os parâmetros e eleve a temperatura para 85 °C (tomando como exemplo baterias de fosfato de ferro-lítio). A seguir, apresentamos os padrões de aquecimento para diferentes especificações de células de bateria:

Injeção de LíquidoO processo de fabricação de baterias de lítio envolve testes de umidade nas células da bateria após a secagem. Somente após atingir os padrões de secagem anteriores é possível prosseguir para a próxima etapa: a injeção do eletrólito. As baterias secas são colocadas rapidamente em uma câmara de luvas a vácuo, pesadas e o peso é registrado. Em seguida, são colocadas no copo de injeção e a quantidade de eletrólito especificada é adicionada (geralmente, realiza-se um teste de imersão em líquido: a bateria é colocada no centro do copo). Mergulhe o núcleo da bateria no eletrólito, deixe-o de molho por um determinado período e teste a capacidade máxima de absorção do líquido (geralmente, o volume é preenchido de acordo com o volume experimental). Depois, coloque-o em uma câmara de vácuo (grau de vácuo ≤ -0,09 MPa) para acelerar a penetração do eletrólito no eletrodo. Após alguns ciclos, retire as células da bateria e pese-as. Verifique se o volume injetado atende ao valor especificado. Se for insuficiente, complete o volume. Se for excessivo, retire o excesso até atingir o valor especificado. O ambiente da caixa de luvas requer temperatura ≤23℃ e ponto de orvalho ≤-45℃.

SoldagemDurante o processo de fabricação da bateria de lítio, a tampa da bateria deve ser colocada previamente no porta-luvas. Com uma mão, a tampa deve ser fixada no molde inferior da máquina de solda ultrassônica, enquanto a outra segura o núcleo da bateria. Alinhe o terminal positivo da célula da bateria com o terminal da tampa. Após confirmar o alinhamento do terminal positivo com o terminal da tampa, ligue a máquina de solda ultrassônica. Em seguida, acione o pedal da máquina de solda. Posteriormente, a bateria deve ser totalmente inspecionada para verificar a qualidade da soldagem das abas.

Verifique se os terminais de solda estão alinhados.

Puxe delicadamente a aba de solda para verificar se está solta.

Baterias cuja tampa não esteja firmemente soldada precisam ser ressoldadas.