Analyse des Herstellungsprozesses von Lithium--Ionenbatterien

Mit dem rasanten Aufstieg der neuen Energiebranche werden Lithium-Ionen-Batterien als zentrale Energiespeicherkomponenten häufig in Fahrzeugen mit neuer Energie, in der Photovoltaik-Energiespeicherung, in der Unterhaltungselektronik und in anderen Bereichen eingesetzt. Die Komplexität und Präzision ihres Herstellungsprozesses bestimmen direkt die Produktleistung, Sicherheit und Lebensdauer. Derzeit steigen die Qualitätsanforderungen der Industrie an Lithiumbatterien kontinuierlich und treiben die Bildung eines standardisierten Systems für die Produktion von Lithium-{3}Ionenbatterien voran, das die drei Kernphasen Elektrodenherstellung, Zellherstellung und Formationsverpackung abdeckt. Mehr als 50 Kernprozesse werden in jeder Phase streng kontrolliert und tragen so zur qualitativ hochwertigen Modernisierung der Branche bei.

Die Elektrodenherstellung ist ein grundlegender Front-{0}Endprozess bei der Herstellung von Lithium--Ionenbatterien und zielt darauf ab, Rohstoffe in qualifizierte Elektrodenfolien umzuwandeln, die mit aktiven Materialien beschichtet sind. Dies ist eine entscheidende Voraussetzung für die Sicherstellung der Leistungsfähigkeit von Power-Batteriezellen. Die Kernschritte dieses Prozesses sind die Materialvorbereitung und die Beschichtung. Zunächst werden die aktiven Materialien der positiven und negativen Elektrode, die Bindemittel, die leitfähigen Mittel und die Lösungsmittel gemischt und mit einem Vakuummischer zu einer gleichmäßigen Aufschlämmung verrührt. Anschließend wird die Aufschlämmung gleichmäßig auf Metallstromkollektoren -Aluminiumfolie für die positive Elektrode und Kupferfolie für die negative Elektrode aufgetragen. Nach der Beschichtung werden die Elektrodenbleche gerollt und verdichtet, um die Energiedichte der Batterie zu verbessern und eine feste Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Stromkollektor sicherzustellen. Abschließend schneidet ein Schlitzprozess die langen Elektrodenblechstreifen in schmalere Bleche, die für verschiedene Batteriemodelle geeignet sind, und bereitet sie so für die anschließende Zellherstellung vor.

Die Zellmontage ist ein Kernprozess in der Mitte des Produktionsflusses und umfasst hauptsächlich den Zusammenbau von Elektrodenblättern zu nicht aktivierten nackten Zellen. In dieser Phase werden extrem hohe Anforderungen an die Luftfeuchtigkeit und Sauberkeit der Produktionsumgebung gestellt, was sich direkt auf die Stabilität und Sicherheit der Zellen auswirkt. Zu Beginn des Prozesses müssen die Elektrodenbleche hergestellt und gebacken werden. Nach dem Stanzen oder Schlitzen der Laschen wird die Restfeuchtigkeit in den Elektrodenblättern in einer Hochtemperatur-Vakuumumgebung gründlich entfernt, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit die Batterieleistung beeinträchtigt. Dann kommt die kritische Wickel- oder Stapelphase, in der das positive Elektrodenblech, der Separator und das negative Elektrodenblech in einer bestimmten Reihenfolge zusammengebaut werden. Bei zylindrischen und prismatischen Batterien kommt meist ein Wickelverfahren zum Einsatz, während bei Beutelbatterien überwiegend ein Stapelverfahren zum Einsatz kommt. Nach dem Zusammenbau werden die nackten Zellen in ein Gehäuse aus Aluminium, Stahl oder Aluminium-Kunststofffolie gelegt und die Laschen werden durch Laserschweißen mit der Abdeckplatte und der oberen/seitlichen Dichtung verbunden, um die Luftdichtheit der Zelle sicherzustellen.

Formation und Verpackung als wichtige nachgelagerte Prozesse umfassen in erster Linie das Aktivieren, Testen und Verpacken der Batteriezellen, um letztendlich qualifizierte fertige Batterien herzustellen. Diese Phase bestimmt direkt die Ertragsrate und Zuverlässigkeit der Batterie. Zunächst werden die Batteriezellen einem zweiten Hochtemperatur-Backprozess unterzogen, um die verbleibende innere Feuchtigkeit zu entfernen, gefolgt von einer präzisen Injektion von Elektrolyt. Nach der Injektion wird die Injektionsöffnung verschweißt und abgedichtet und eventuelle Elektrolytreste auf der Batterieoberfläche werden gereinigt, um Korrosion zu verhindern. Besonders entscheidend sind die nachfolgenden Entstehungs- und Alterungsschritte. Eine anfängliche Ladung mit konstantem-Strom und konstanter-Spannung aktiviert die Zellen und fördert die Bildung eines dichten Festelektrolyt-Interphasenfilms (SEI) auf der Elektrodenoberfläche. Anschließend werden Zellen, die bei Raumtemperatur oder hoher Temperatur altern, einem Screening unterzogen, um Zellen mit instabiler Leistung zu identifizieren. Anschließend umfassen Kapazitätstests und -inspektionen mehrere Lade- und Entladezyklen, um die tatsächliche Kapazität zu testen und zu berechnen. Gleichzeitig werden wichtige Parameter wie Spannung und Innenwiderstand vollständig überprüft. Nach bestandener Prüfung werden Etiketten angebracht, Schutzplatten angebracht oder eine modulare Montage (PACK) durchgeführt. Schließlich werden qualifizierte Produkte gelagert und versendet.

Derzeit entwickelt sich die Lithium-{0}}-Batterieindustrie in Richtung höherer Energiedichte, längerer Zyklenlebensdauer und höherer Sicherheit, mit einer immer vielfältigeren Produktpalette, die verschiedene Typen wie Lifep4-Energiezellen und Lithium-{2}}-Ionen-Batteriesätze umfasst. Es deckt auch spezifische Anwendungsszenarien ab, zLithium-Ionenbatterienfür Solarprodukte und Solarenergiespeichersysteme, Lithiumbatteriepakete. Mit dem Aufstieg der Photovoltaik-Energiespeicherbranche steigt die Marktnachfrage nach Lithium-Solarbatterien und Lithium-Ionen-Batterien für Solarenergiesysteme weiter an, was zu einer kontinuierlichen Optimierung der Produktionsprozesse führt. In Zukunft wird die Produktion von Lithium--Ionenbatterien durch kontinuierliche technologische Innovation ein weiter verfeinertes und intelligentes Management erreichen, das Kapazität und Qualität in Einklang bringt und so eine wesentliche Unterstützung für die nachhaltige Entwicklung der neuen Energiebranche darstellt.

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