لبطاريات أيون الإيثيوم تطبيقات واسعة. وحسب تصنيف مجالات استخدامها، يمكن تقسيمها إلى: بطاريات تخزين الطاقة، وبطاريات الطاقة، وبطاريات الإلكترونيات الاستهلاكية.
- تشمل بطارية تخزين الطاقة تخزين طاقة الاتصالات، وتخزين طاقة الطاقة، وأنظمة الطاقة الموزعة، وما إلى ذلك؛
- تُستخدم بطاريات الطاقة بشكل أساسي في مجال الطاقة، وتخدم السوق بما في ذلك المركبات ذات الطاقة الجديدة، والرافعات الشوكية الكهربائية، وما إلى ذلك؛
- تغطي بطاريات الإلكترونيات الاستهلاكية المجال الاستهلاكي والصناعي، بما في ذلك القياس الذكي، والأمن الذكي، والنقل الذكي، وإنترنت الأشياء، وما إلى ذلك.
بطارية الليثيوم أيون عبارة عن نظام معقد، يتكون بشكل أساسي من الأنود والكاثود والإلكتروليت والفاصل وجامع التيار والموثق والعامل الموصل وما إلى ذلك، ويتضمن تفاعلات بما في ذلك التفاعل الكهروكيميائي للأنود والكاثود وتوصيل أيون الليثيوم والتوصيل الإلكتروني، بالإضافة إلى انتشار الحرارة.
تعتبر عملية إنتاج بطاريات الليثيوم عملية طويلة نسبيًا، حيث تتضمن أكثر من 50 عملية.
يمكن تقسيم بطاريات الليثيوم حسب شكلها إلى بطاريات أسطوانية، وبطاريات ذات غلاف ألومنيوم مربع، وبطاريات جيبية، وبطاريات شفرة. تختلف عملية إنتاجها، ولكن بشكل عام، يمكن تقسيم عملية تصنيع بطاريات الليثيوم إلى مراحل رئيسية (تصنيع الأقطاب الكهربائية)، ومتوسطة (تخليق الخلايا)، ونهائية (التشكيل والتغليف).
سيتم تقديم العملية الأمامية لتصنيع بطارية الليثيوم في هذه المقالة.
الهدف من عملية الإنتاج الأولية هو إكمال تصنيع القطب الكهربائي (الأنود والكاثود). تشمل عملياتها الرئيسية: الخلط، والطلاء، والصقل، والتقطيع، والقطع بالقالب.
الخلط/الخلط
الخلط هو خلط مواد البطارية الصلبة (الأنود والكاثود) بالتساوي، ثم إضافة المذيب لتكوين الخليط. يُعدّ خلط الخليط نقطة البداية في خط الإنتاج، وهو تمهيدٌ لإتمام عمليات الطلاء والصقل اللاحقة وغيرها.
يُقسّم معجون بطارية الليثيوم إلى معجون قطب موجب ومعجون قطب سالب. تُضاف المواد الفعالة، مثل الكربون الموصل، والمكثف، والرابط، والمضاف، والمذيب، وغيرها، إلى الخلاط بنسب متناسبة. يُخلط المزيج للحصول على تشتت موحد لمعجون التعليق الصلب-السائل المُستخدم في الطلاء.
يعد الخلط عالي الجودة هو الأساس لإكمال العملية اللاحقة بجودة عالية، مما يؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على الأداء الأمني والأداء الكهروكيميائي للبطارية.
طلاء
الطلاء هو عملية طلاء المادة الفعالة الموجبة والمادة الفعالة السالبة على رقائق الألومنيوم والنحاس على التوالي، ودمجهما مع مواد موصلة ومادة رابطة لتشكيل صفائح الأقطاب الكهربائية. تُزال المذيبات بعد ذلك بالتجفيف في الفرن، بحيث تلتصق المادة الصلبة بالركيزة لتكوين لفائف صفائح الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة.
طلاء الكاثود والأنود
المواد الكاثودية: هناك ثلاثة أنواع من المواد: البنية الرقائقية، والبنية السبينيلية، والبنية الزبرجدية، والتي تتوافق مع المواد الثلاثية (وكوبالتات الليثيوم)، ومنجنات الليثيوم (LiMn2O4)، وفوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) على التوالي.
مواد الأنود: حاليًا، تشمل مواد الأنود المستخدمة في بطاريات أيون الليثيوم التجارية بشكل رئيسي مواد كربونية وغير كربونية. من بين المواد الكربونية، أنود الجرافيت، وهو الأكثر استخدامًا حاليًا، وأنود الكربون غير المنتظم، والكربون الصلب، والكربون اللين، وغيرها. أما المواد غير الكربونية، فتشمل أنود السيليكون، وتيتانات الليثيوم (LTO)، وغيرها.
باعتبارها الرابط الأساسي في عملية الواجهة الأمامية، فإن جودة تنفيذ عملية الطلاء تؤثر بشكل عميق على الاتساق والسلامة ودورة حياة البطارية النهائية.
التقويم
يُضغط القطب المغلف بشكل أكبر باستخدام الأسطوانة، مما يجعل المادة الفعالة والمجمع على اتصال وثيق، مما يقلل من مسافة حركة الإلكترونات، ويقلل سمك القطب، ويزيد من سعة التحميل. في الوقت نفسه، يُقلل هذا من المقاومة الداخلية للبطارية، ويزيد من موصليتها، ويحسن معدل استخدام البطارية، مما يزيد من سعتها.
يؤثر تسطيح القطب بعد عملية الصقل بشكل مباشر على عملية القطع اللاحقة. كما يؤثر تجانس المادة الفعالة للقطب بشكل غير مباشر على أداء الخلية.
الشق
التقطيع هو القطع الطولي المستمر لملف قطب كهربائي عريض إلى شرائح ضيقة بالعرض المطلوب. أثناء التقطيع، يتعرض القطب الكهربائي لتأثير القص وينهار. يُعدّ تسطيح الحافة بعد التقطيع (بدون نتوءات أو انحناء) مفتاحًا لتقييم الأداء.
تشمل عملية تصنيع القطب الكهربائي لحام لسان القطب، ووضع ورق لاصق واقٍ، ولف لسان القطب، ثم استخدام الليزر لقطعه تمهيدًا لعملية اللف اللاحقة. أما القطع بالقالب، فهو لختم وتشكيل القطب الكهربائي المغطى تمهيدًا للعملية اللاحقة.
بسبب المتطلبات العالية لأداء سلامة بطاريات الليثيوم أيون، فإن الدقة والاستقرار وأتمتة المعدات مطلوبة بشدة في عملية تصنيع بطاريات الليثيوم.
باعتبارها رائدة في معدات قياس أقطاب الليثيوم، أطلقت شركة Dacheng Precision سلسلة من المنتجات لقياس الأقطاب في عملية الواجهة الأمامية لتصنيع بطاريات الليثيوم، مثل مقياس كثافة المساحة بالأشعة السينية X/β، ومقياس سمك CDM ومقياس كثافة المساحة، ومقياس سمك الليزر وما إلى ذلك.
- مقياس كثافة المساحة بالأشعة السينية الفائقة
يتكيف مع قياس عرض طلاء يزيد عن 1600 مم، ويدعم المسح فائق السرعة، ويكشف عن تفاصيل دقيقة مثل مناطق الترقق والخدوش وحواف السيراميك. كما يُساعد في طلاء الحلقة المغلقة.
- مقياس كثافة المساحة بالأشعة السينية/β
يتم استخدامه في عملية طلاء أقطاب البطارية وعملية طلاء السيراميك الفاصل لإجراء اختبار عبر الإنترنت لكثافة المساحة للكائن المقاس.
- مقياس سمك وكثافة المساحة CDM
يمكن تطبيقه على عملية الطلاء: الكشف عبر الإنترنت عن الميزات التفصيلية للأقطاب الكهربائية، مثل الطلاء المفقود، ونقص المواد، والخدوش، وخطوط سمك المناطق الرقيقة، والكشف عن سمك AT9، وما إلى ذلك؛
- نظام قياس التتبع المتزامن متعدد الإطارات
يُستخدم في عملية طلاء الكاثود والأنود لبطاريات الليثيوم. يستخدم إطارات مسح متعددة لإجراء قياسات تتبع متزامنة على الأقطاب الكهربائية. نظام قياس التتبع المتزامن بخمسة إطارات قادر على فحص الغشاء الرطب، وكمية الطلاء الصافية، والقطب الكهربائي.
- مقياس سمك الليزر
يتم استخدامه للكشف عن القطب في عملية الطلاء أو عملية التقويم لبطاريات الليثيوم.
- مقياس السمك والأبعاد غير المتصل بالإنترنت
يتم استخدامه للكشف عن سمك وأبعاد الأقطاب الكهربائية في عملية الطلاء أو عملية التقويم لبطاريات الليثيوم، مما يحسن الكفاءة والاتساق.
وقت النشر: ٣١ أغسطس ٢٠٢٣
