กระบวนการเบื้องต้นในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ไอออนไอออนมีการใช้งานที่หลากหลาย เมื่อจำแนกตามขอบเขตการใช้งาน แบตเตอรี่สามารถแบ่งออกเป็น แบตเตอรี่สำหรับกักเก็บพลังงาน แบตเตอรี่สำหรับจ่ายไฟ และแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

• แบตเตอรี่สำหรับการกักเก็บพลังงานครอบคลุมถึงการกักเก็บพลังงานการสื่อสาร การกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ระบบพลังงานแบบกระจาย ฯลฯ
• แบตเตอรี่พลังงานส่วนใหญ่ใช้ในด้านพลังงาน ให้บริการตลาดรวมทั้งยานยนต์พลังงานใหม่ รถยกไฟฟ้า เป็นต้น
• แบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคครอบคลุมถึงภาคผู้บริโภคและอุตสาหกรรม รวมถึงการวัดอัจฉริยะ ระบบรักษาความปลอดภัยอัจฉริยะ การขนส่งอัจฉริยะ อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง เป็นต้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นระบบที่ซับซ้อน ประกอบด้วยขั้วบวก ขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์ ตัวแยก ตัวเก็บกระแสไฟฟ้า ตัวประสาน ตัวนำไฟฟ้า และอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาต่างๆ เช่น ปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีของขั้วบวกและขั้วลบ การนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนและการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ รวมไปถึงการแพร่กระจายความร้อน

กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมค่อนข้างยาวนาน โดยมีกระบวนการที่เกี่ยวข้องมากกว่า 50 กระบวนการ

แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งตามรูปแบบได้เป็นแบตเตอรี่ทรงกระบอก แบตเตอรี่เปลือกอลูมิเนียมสี่เหลี่ยม แบตเตอรี่ซอง และแบตเตอรี่ใบมีด กระบวนการผลิตอาจแตกต่างกันไปบ้าง แต่โดยรวมแล้วกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งได้เป็นกระบวนการเริ่มต้น (การผลิตอิเล็กโทรด) กระบวนการขั้นกลาง (การสังเคราะห์เซลล์) และกระบวนการหลัง (การขึ้นรูปและบรรจุภัณฑ์)

บทความนี้จะแนะนำกระบวนการเบื้องต้นของการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

เป้าหมายการผลิตของกระบวนการฟรอนท์เอนด์คือการผลิตอิเล็กโทรด (แอโนดและแคโทด) ให้เสร็จสมบูรณ์ กระบวนการหลักประกอบด้วย การกวน/ผสม การเคลือบ การรีด การผ่า และการตัดด้วยแม่พิมพ์

การผสมสารละลาย

การผสมสารละลาย/การเทสารละลาย คือการผสมวัสดุแข็งของแบตเตอรี่จากขั้วบวกและขั้วลบให้ทั่วถึง จากนั้นจึงเติมตัวทำละลายเพื่อทำสารละลาย การผสมสารละลายเป็นจุดเริ่มต้นของสายการผลิต และเป็นการเตรียมการก่อนการเคลือบผิว การรีด และกระบวนการอื่นๆ ที่จะเสร็จสมบูรณ์

สารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมแบ่งออกเป็นสารละลายขั้วบวกและสารละลายขั้วลบ ผสมสารออกฤทธิ์ คาร์บอนนำไฟฟ้า สารเพิ่มความข้น สารยึดเกาะ สารเติมแต่ง ตัวทำละลาย ฯลฯ ลงในเครื่องผสมตามสัดส่วน การผสมจะทำให้สารละลายแขวนลอยที่เป็นของแข็งและของเหลวกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอสำหรับการเคลือบ

การผสมคุณภาพสูงเป็นพื้นฐานสำหรับการทำให้กระบวนการถัดไปเสร็จสมบูรณ์คุณภาพสูง ซึ่งจะส่งผลโดยตรงหรือโดยอ้อมต่อประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่

การเคลือบ

การเคลือบคือกระบวนการเคลือบสารออกฤทธิ์เชิงบวกและสารออกฤทธิ์เชิงลบบนแผ่นอลูมิเนียมและแผ่นทองแดงตามลำดับ แล้วนำไปผสมกับสารนำไฟฟ้าและสารยึดเกาะเพื่อสร้างแผ่นอิเล็กโทรด จากนั้นนำตัวทำละลายออกโดยการอบให้แห้งในเตาอบ เพื่อให้สารที่เป็นของแข็งยึดติดกับพื้นผิวเพื่อสร้างแผ่นอิเล็กโทรดบวกและลบ

การเคลือบแคโทดและแอโนด

วัสดุแคโทด: มีวัสดุสามประเภท: โครงสร้างแผ่น โครงสร้างสปิเนล และโครงสร้างโอลิวีน ซึ่งสอดคล้องกับวัสดุสามประเภท (และลิเธียมโคบอลต์เตต) ลิเธียมแมงกานีส (LiMn2O4) และลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) ตามลำดับ

วัสดุแอโนด: ปัจจุบัน วัสดุแอโนดที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุคาร์บอนและวัสดุที่ไม่ใช่คาร์บอน วัสดุคาร์บอน ได้แก่ แอโนดกราไฟต์ ซึ่งเป็นวัสดุที่นิยมใช้มากที่สุดในปัจจุบัน แอโนดคาร์บอนแบบไม่มีโครงสร้าง คาร์บอนแข็ง คาร์บอนอ่อน เป็นต้น ส่วนวัสดุที่ไม่ใช่คาร์บอน ได้แก่ แอโนดซิลิคอน ลิเธียมไททาเนต (LTO) เป็นต้น

เนื่องจากเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการด้านหน้า คุณภาพการดำเนินการของกระบวนการเคลือบจึงส่งผลอย่างมากต่อความสม่ำเสมอ ความปลอดภัย และวงจรชีวิตของแบตเตอรี่สำเร็จรูป

การรีดปฏิทิน

อิเล็กโทรดเคลือบจะถูกอัดแน่นเพิ่มเติมด้วยลูกกลิ้ง ทำให้สารออกฤทธิ์และตัวสะสมประจุสัมผัสกันอย่างใกล้ชิด ลดระยะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ลดความหนาของอิเล็กโทรด และเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก ขณะเดียวกัน ยังช่วยลดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ เพิ่มสภาพนำไฟฟ้า และปรับปรุงอัตราการใช้ปริมาตรของแบตเตอรี่ เพื่อเพิ่มความจุของแบตเตอรี่

ความเรียบของอิเล็กโทรดหลังกระบวนการรีดจะส่งผลโดยตรงต่อผลของกระบวนการตัดเฉือนที่ตามมา ความสม่ำเสมอของสารออกฤทธิ์ในอิเล็กโทรดจะส่งผลทางอ้อมต่อประสิทธิภาพของเซลล์เช่นกัน

การผ่า

การตัดแบบ Slitting คือการตัดขดลวดอิเล็กโทรดกว้างตามยาวอย่างต่อเนื่องให้เป็นแผ่นแคบๆ ตามความกว้างที่ต้องการ ในการตัด อิเล็กโทรดจะเกิดแรงเฉือนและแตกหัก ความเรียบของขอบหลังจากการตัด (ไม่มีเสี้ยนและโค้งงอ) ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการตรวจสอบประสิทธิภาพ

กระบวนการผลิตอิเล็กโทรดประกอบด้วยการเชื่อมแผ่นอิเล็กโทรด การติดกระดาษกาวป้องกัน การหุ้มแผ่นอิเล็กโทรด และการใช้เลเซอร์ตัดแผ่นอิเล็กโทรดสำหรับขั้นตอนการพันลวดต่อไป ส่วนการไดคัทคือการปั๊มและขึ้นรูปอิเล็กโทรดเคลือบสำหรับขั้นตอนต่อไป

เนื่องจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีสูง ความแม่นยำ ความเสถียร และการทำงานอัตโนมัติของอุปกรณ์จึงเป็นที่ต้องการอย่างมากในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

ในฐานะผู้นำด้านอุปกรณ์วัดอิเล็กโทรดลิเธียม Dacheng Precision ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ชุดหนึ่งสำหรับการวัดอิเล็กโทรดในกระบวนการด้านหน้าของการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม เช่น เครื่องวัดความหนาแน่นของพื้นที่ด้วยรังสีเอกซ์/เบต้า เครื่องวัดความหนาและความหนาแน่นของพื้นที่ด้วย CDM เครื่องวัดความหนาด้วยเลเซอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย

• เครื่องวัดความหนาแน่นของพื้นที่แบบซูเปอร์เอ็กซ์เรย์

สามารถปรับใช้กับการวัดความกว้างของผิวเคลือบได้มากกว่า 1,600 มม. รองรับการสแกนความเร็วสูงพิเศษ และตรวจจับรายละเอียดต่างๆ เช่น พื้นที่บาง รอยขีดข่วน และขอบเซรามิก ช่วยในการเคลือบแบบวงปิดได้

•  เครื่องวัดความหนาแน่นของพื้นที่รังสีเอกซ์/เบต้า

ใช้ในกระบวนการเคลือบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่และกระบวนการเคลือบเซรามิกตัวแยกเพื่อทำการทดสอบออนไลน์ของความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของวัตถุที่วัด

•  เครื่องวัดความหนาและความหนาแน่นพื้นที่ CDM

สามารถนำไปใช้กับกระบวนการเคลือบได้: การตรวจจับคุณลักษณะโดยละเอียดของอิเล็กโทรดแบบออนไลน์ เช่น การเคลือบที่หายไป การขาดแคลนวัสดุ รอยขีดข่วน รูปทรงความหนาของพื้นที่ที่บางลง การตรวจจับความหนาของ AT9 เป็นต้น

•  ระบบวัดการติดตามแบบซิงโครนัสหลายเฟรม

ใช้สำหรับกระบวนการเคลือบแคโทดและแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียม ใช้เฟรมสแกนหลายเฟรมเพื่อทำการวัดแบบซิงโครนัสบนอิเล็กโทรด ระบบวัดแบบซิงโครนัสห้าเฟรมสามารถตรวจสอบฟิล์มเปียก ปริมาณการเคลือบสุทธิ และอิเล็กโทรดได้

•  เครื่องวัดความหนาด้วยเลเซอร์

ใช้เพื่อตรวจจับอิเล็กโทรดในกระบวนการเคลือบหรือกระบวนการรีดแบตเตอรี่ลิเธียม

• เกจวัดความหนาและมิติแบบออฟไลน์

ใช้ในการตรวจจับความหนาและขนาดของอิเล็กโทรดในกระบวนการเคลือบหรือกระบวนการรีดแบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอ