新能源汽车锂电池制造设备，你知道多少？
发布时间：2021-11-17 00:03:15 所属栏目：数码 来源：互联网
导读：锂电池的生产过程分为前、中、后三个阶段。 前道工序的目的是将原材料加工成极片，核心工序是涂装；中间部分的目的是将极片加工成非活动电池；后一个过程是测试和包装，核心过程是成型和体积分离。锂电池设备按电池生产制造工艺分为前段设备、中段设备和后
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锂电池的生产过程分为前、中、后三个阶段。 前道工序的目的是将原材料加工成极片，核心工序是涂装；中间部分的目的是将极片加工成非活动电池；后一个过程是测试和包装，核心过程是成型和体积分离。锂电池设备按电池生产制造工艺分为前段设备、中段设备和后段设备。前端设备的价值约占40%，其中涂布机的价值占75%，辊压机的价值大于纵切机的价值。三元材料对前端设备的性能有更高的要求，前端设备的价值比例将逐渐增加。中段设备价值约占30%，其中卷绕机价值占70%。目前，卷绕机市场集中度较高，CR3达到60%-70%。卷绕机高端市场由韩国koem和日本CKD竞争，国内高端市场占50%。后段设备价值约占30%，其中化学成分和体积分离系统占70%，总成占30%。 （2） 正面：制作一个涂有正负活性物质的极片 1.前者主要包括浆料混合、正负极涂覆、轧制、分切、电极片制作和模切。混合：首先，使用锂电池真空混合器，在专用溶剂和粘合剂的作用下，将粉末状的正负活性物质混合。高速搅拌后，使浆液正负物质无气泡。涂布：将制备好的浆料均匀涂布在金属箔表面，干燥后分别制成正负极片。轧制：辊压机通过上下辊相反操作产生的压力压缩极片的涂层表面。极片承受高压，极片从原来的蓬松状态变为致密状态。轧制对能量密度非常关键。分条：根据不同的电池型号，将卷好的电极条切割成电池组装所需的长度和宽度。切割时要求无毛刺。 2.涂布机涂布的主要目的是将稳定性好、粘度好、流动性好的浆料均匀地涂布在正负极表面。它对锂电池的意义主要体现在一致性、循环寿命和安全性上。在涂装过程中，如果极片前、中、后段正负极膏的涂装厚度不一致，或极片前后参数不一致，容易造成电池容量过低或过高，在电池循环过程中可能会形成锂离子，影响电池寿命。涂层过程应严格保证电极内无颗粒、杂物、灰尘等。如果混入杂物，会导致蓄电池内部微短路，严重时会导致火灾和爆炸。因此，为了使中间部分的缠绕过程尽可能均匀紧凑，要求正负极的涂覆误差尽可能小。涂布机的进步将直接影响电池的化学性能和最终产品的产量（电池制造商通常要求超过99%）。涂布机是前道工序的核心设备。涂布机经历了三种结构类型的演变，其次是刮刀式、转移式和狭缝挤压涂布。刮刀式主要用于实验室条件下；转移涂层主要用于3C电池的生产；狭缝挤压涂料主要用于动力电池。近年来，由于动力电池生产需求的爆炸性增长，这种类型的电池迅速增加。挤出涂布技术作为三大技术中最先进的技术，可用于高粘度流体涂布，以获得高精度的涂布。根据涂布机的结构，涂布头的设计对涂布精度有着非常重要的影响，这种高精度控制的核心部件仍需进口。目前涂布机国产化率较高，达到70%-80%以上，但高端产品的涂布头仍主要由国外提供。如龙头新家沱的涂布头主要由松下提供。涂布机设备的技术进步主要集中在四个方面：涂布技术、张力技术、纠偏技术和干燥技术。涂层技术需要满足不同厚度的生产要求。现在正极锂铝箔的厚度已经薄到了6-8微米，负极锂铜箔的厚度已经薄到了4.5-6微米，隔膜涂层只有几微米。石墨烯涂层甚至更薄。需要为不同厚度的客户开发不同的涂层方法，确保浆料的涂层厚度精度控制在2微米以下。张力技术，由于卷筒纸沿涂布方向移动，不可避免地会出现张力不均，导致涂布质量缺乏一致性。因此，有必要确保在切屑操作过程中每个部分都有良好的张力控制。纠偏技术，由于涂布设备大多长达数十米，在胶片路径运行过程中会出现位置偏差。为了保证铜膜、铝膜和极薄膜片都能在薄膜路径上平稳有效地运行，实现精密镀膜，需要选择不同的驱动形式和响应控制系统来校正偏差。就干燥技术而言，涂料生产速度的瓶颈在于干燥。最直接的方法是延长波纹管，但会增加成本和占地。加固后还要加强纠偏和张力控制。为了进一步提高干燥效率，需要改进风场、温度场和布置形式的控制，在保证涂布速度的同时尽量缩短波纹管的长度。涂层效率是龙头企业进一步竞争技术实力的重要标准。目前，在保证上述技术的前提下，领先的涂布机设备主要致力于提高涂布效率。主要手段包括提高涂布机的运行速度和涂布宽度。龙头企业涂装速度可达120m/min，涂装宽度可达1400mm。 3、 辊压机轧制的意义在于使电极致密，提高电池的能量密度。在先前工艺中对电极片进行涂覆和干燥后，活性材料和箔的剥离强度非常低。此时，有必要对其进行滚压，以增强活性材料与箔材之间的粘合强度，从而防止在电解液浸泡和电池使用过程中发生剥离。适当的压实密度可以增加电池的放电容量，降低内阻，减少极化损耗，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。杆件轧制一般采用双辊压机完成，双辊压机由两台铸钢压路机、电机和传动轴组成。开启碾压模式后，电机带动上下压路机同时旋转，卷绕机构拉动的极片平稳通过碾压间隙，最终压至所需压实密度。轧制过程对电池的性能有很大影响。轧制过程中有几个典型问题： 杆件的厚度不一致。厚度不一致意味着生命物质的密度不一致，锂离子和电子在电极板中的传输和传导速率将不同。当电流密度不同时，容易导致锂枝晶析出，对电池性能不利。此外，当极片厚度不同时，活性材料与集电器之间的接触电阻也不同。极片越厚，内阻越大，电池极化越严重，影响电池容量。 过电压发生在极片的某些位置。由于涂层过程中某些部位的厚度过厚，轧制后可能出现超压。在过电压位置，带电材料颗粒破碎，带电材料颗粒之间接触紧密。电池在充放电过程中，电子导电性增强，但离子移动通道减少或堵塞，不利于电池的容量。在放电过程中，极化增加，电压降低，容量降低。同时，过电压影响电解液的润湿效果，对电池的性能有很大的影响。从工艺流程上看，轧制质量也将直接影响后续极件的加工效果。极靴轧后的理想状态是极片表面平整，光泽度一致，坯件没有明显的波动，极片没有较大翘曲度。但在实际生产中，操作熟练程度和设备操作不可避免地会产生一些问题，影响后续工序的极片分切，导致分切极片宽度不一致，极片毛刺。轧制结果也会影响极片的绕组。极片缠绕过程中，严重翘曲会导致极片与膜片之间的间隙过大。热压后，多层隔板的某些部分会叠加成为应力集中点，影响电池的性能。衡量辊压机的技术进步主要取决于表面密度和压实密度。目前领先的设备可使磷酸铁锂正极材料的比容量达到200 MAH/g，磷酸铁锂正极材料的压实密度达到1.5 g/cm3。 4.纵切机的功能是将轧制的极片切割到所需的宽度，这是卷绕前的关键工序。低端分切机机械精度低，张力控制简单，不能适应超薄薄膜材料的分切。随着用户对分切效率和分切质量要求的提高，高端分切机逐渐具备波边分切的功能，并有更好的张力控制技术来优化分切速度和质量。根据浩能的采访书，国内高端分切速度已达到70m/s。极片分切工艺的主要技术难点是毛刺、波状边缘和落粉的处理。毛刺，尤其是金属毛刺，对锂电池的危害很大。大的金属毛刺直接刺穿膜片，导致正负电极之间短路。在锂离子电池制造过程中，电极切割是产生毛刺的主要工序。通常，要求毛刺小于12微米。如下图所示，工艺缺陷形成的集液器毛刺尺寸达到100微米。波状边缘和落粉：下图显示了极片分切过程中落料和波状边缘的缺陷。如果边缘呈波浪形，则在切杆和卷绕过程中会出现边缘校正抖动，这将降低加工精度。此外，它还将对电池的最终厚度和形态产生不利影响。极片上落下的粉末会影响电池的性能。当粉末从正极掉落时，电池容量会降低，而当粉末从负极掉落时，负极无法包裹正极，容易导致锂沉淀。 （3） 中间部分：完成电池的缠绕和液体注入 1.该工艺的中间过程主要包括电芯的缠绕/层压和电芯的液体注入。涉及的设备有卷绕机、层压机和液体注射机。用卷绕机卷绕电芯时，根据下游厂家的需要，可进一步分为圆柱形卷绕和方形卷绕。叠片机将正负料箱内的极片拾取，二次定位后将正负片交替放在叠片台上。振膜主动展开，叠片台驱动振膜前后移动，形成Z形叠片。层压完成后，根据设定长度进行切割，并自动送出进行手动涂胶。电解液通过液体注入机注入缠绕或层压电芯。锂电池中段设备比前一段更加强调个性化，对工艺精度、效率和一致性要求非常高。对于方形、圆柱形和软包装电池，中间设备将分别使用卷绕机或层压机。目前，缠绕机的应用较为普遍，其突出优点是生产速度快、产品一致性高；层压机工艺复杂，产量低，生产效率低，但其软包装电池尺寸更灵活，散热设计合理，能量密度高，具有圆柱形和方形所不具备的许多优点。目前，国内企业大多采用中小型卷绕机，层压机所占比例不高。 2.卷绕机张力控制是影响卷绕机先进程度的核心技术。为了保证铁芯组装电池的高一致性，在整个缠绕过程中应特别注意缠绕张力的控制。张力波动引起的弹性差会使缠绕电池产生不均匀的拉伸变形，使电池材料分层或S形起皱，严重影响产品的一致性，膜片和极片表面的不均匀起皱会增加电池的内阻。卷绕张力控制是一个高速动态平衡过程。卷绕机在电气和软件控制方面要求较高，要求伺服控制系统响应速度快，在软件编程方面具有独特的经验水平。方形锂电池的绕组需要保持绕组线速度不变，角速度需要自动调整。因此，方形锂电池绕组的张力控制有较高的技术要求。目前，国内领先企业可以将圆柱形电池的张力波动控制在5%以下，方形电池的张力波动控制在10%以下。卷绕机的自动纠偏技术和卷绕速度也是关键。纠偏系统能保证极片膜片缠绕整齐，正负极/膜片之间的相对位置准确。目前，行业通常要求轧制正负极片或膜片的上下偏差小于0.5mm。超过此值将对蓄电池变形产生影响。目前，国内领先企业的圆柱形铁芯可以达到18m/s以上的高速缠绕速度。方形铁芯需要保证线速度恒定，因此变角速度绕组速度较慢，国内领先企业可达到0.8m/s以上。 3.层压机用于生产软包装电池，其性能和安全性高于圆柱形和方形电池。叠片机是将正极、隔膜和负极依次叠成小电池单体，然后将小电池单体平行叠成大电池。层压工艺生产的电池的优点是：由于相当于多个小极片并联，内阻低，放电平台高；极片与电芯膜片间应力趋于一致，无明显应力集中点；内部空间得到充分利用，体积比容量和能量密度较高；叠层工艺相当于多极并联，易于在短时间内完成大电流放电，具有良好的倍率性能。层压工艺的缺点是操作要求高、生产控制繁琐、不良率高。最大的瓶颈是生产效率低。目前，国内动力电池层压机的效率远远落后于韩国。国产设备多为双工位，效率一般为0.5-0.8秒/台，进口覆膜机效率为0.17-0.2秒/台。通过缠绕工艺生产的电池的电化学性能略差于层压芯片，但其优势在于自动化程度高、易于制造且适合大规模生产。因此，市场上的方形电池，尤其是圆柱形电池，一般都是采用缠绕工艺生产的。 （4） 后部：化学分馏和试验分拣设备 1.后处理主要包括包装、成型和体积分离、测试和分拣、模块组装、包装等。封装是将电池放入金属或软壳中。形成是通过充放电激活电池中的正负材料，从而对电池进行充电和激活。在形成部分电容后，对电池进行充电和放电，检测电池的各种参数，并根据测量的参数对电池进行匹配。模块组装和电池组包括电池模块在线检测、电池组组装、电池组离线检测等，经过此工艺后，电池基本满足工厂要求。 2.化学成分和体积分离检测系统是后续流程中最关键的环节。锂电池的形成和容量划分是通过充放电实现电池的初始活化，从而活化电池的活性物质。这是一个能量转换过程。锂电池的形成和容量分配原理复杂，但也是影响电池性能的一个非常重要的过程，因为当锂离子第一次充电时，锂离子第一次插入石墨中，电池中会发生电化学反应。在电池首次充电期间，不可避免地会在碳负极和电解液之间的相界面上形成覆盖碳电极表面的钝化膜或SEI膜（固体）【 s l d】电解液【 lektr la t】界面【 nt rfe s】，固体电解质界面（薄膜）SEI膜的性能直接决定了电池的倍率和自放电性能。为了稳定电池状态，在形成和体积分割的过程中，通常会进行多次充放电和60℃以下的恒温。锂电池的形成和容量共享ing系统可以对单个锂电池进行恒流充电，当电压达到锂电池的充电上限电压时，变为恒压充电，直到充电电流逐渐降至0，然后对电池进行恒流放电，直到电池电压达到放电极限截止电压。形成和体积分割的原理略有不同，但它们可以通过充电和放电电机来完成。形成只是充电过程，不需要对电池放电。因此，在形成过程中可以使用单独的充电器。因此，充电器常被称为fo由于充电器的外观通常是方形的，因此充电器也被称为成型柜。虽然成型不需要放电，但某些电池的成型过程需要不止一次充电。成型后，电池需要立即充电，然后再充电放电。形成充电后，电池也必须放电。这一过程也导致许多电池制造商直接使用具有充电和放电功能的充放电电机进行形成。容量分离的意义在于筛选合格的电池并将其分组。由于工艺原因s在电池制造过程中，电池的实际容量不能完全一致。“完全充放电”循环按一定规格进行，循环时间乘以放电电流即为电池的容量。只要测试容量达到或超过设计容量，电池就合格。通过对不同容量的电池进行分类，可以优化电池组的一致性。在锂电池的充电和分容，对充放电电压和电流的要求非常严格，高精度的电压控制可以避免电池过充放电的发生，分容过程中使用的主要设备是锂电池充放电电机e带“能量反馈”的充放电电机该技术能较好地解决电容式充放电模块的散热问题，与传统的电容式充放电系统相比，节电60%-80%，充放电电机是构成和容量划分的关键设备，也是目前国内使用最多的设备后部。充放电电机的最小工作单元为“通道”。通道可以对电池进行充电或放电。在实际使用充放电电机时，“单元”由一定数量的通道（如24、32、64等）组成。“单元”包括多个“通道”，是充放电电机制造和安装过程中最小的单元。日本和韩国企业称之为单元盒。原则上，一台充放电电机可以由无数个盒子组成。受中国手工操作习惯的影响，一般情况下，一台充放电电机的盒数卸料电机不大，生产线的后段往往需要十几台到几百台的充、卸料电机。 （编辑：广州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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