Լիթիումային մարտկոցների արտադրության նախնական գործընթացը

Իթիում-իոնային մարտկոցներն ունեն լայն կիրառություն։ Կիրառման ոլորտների դասակարգման համաձայն՝ դրանք կարելի է բաժանել էներգիայի կուտակման մարտկոցների, էներգիայի կուտակիչների և սպառողական էլեկտրոնիկայի մարտկոցների։

• Էներգիայի կուտակման համար նախատեսված մարտկոցները ներառում են կապի էներգիայի կուտակումը, էներգիայի էներգիայի կուտակումը, բաշխված էներգետիկ համակարգերը և այլն։
• Հզորության մարտկոցները հիմնականում օգտագործվում են էներգետիկայի ոլորտում՝ սպասարկելով շուկան, ներառյալ նոր էներգետիկ տրանսպորտային միջոցները, էլեկտրական բեռնամբարձիչները և այլն։
• Սպառողական էլեկտրոնիկայի համար նախատեսված մարտկոցները ընդգրկում են սպառողական և արդյունաբերական ոլորտը, ներառյալ խելացի չափիչները, ինտելեկտուալ անվտանգությունը, ինտելեկտուալ տրանսպորտը, իրերի ինտերնետը և այլն։

Լիթիում-իոնային մարտկոցը բարդ համակարգ է, որը հիմնականում բաղկացած է անոդից, կաթոդից, էլեկտրոլիտից, բաժանիչից, հոսանքի կոլեկտորից, կապակցող նյութից, հաղորդիչ նյութից և այլն, որը ներառում է ռեակցիաներ, այդ թվում՝ անոդի և կաթոդի էլեկտրաքիմիական ռեակցիա, լիթիում-իոնային հաղորդականություն և էլեկտրոնային հաղորդականություն, ինչպես նաև ջերմության դիֆուզիա։

Լիթիումային մարտկոցների արտադրության գործընթացը համեմատաբար երկար է, և այդ գործընթացում ներգրավված է ավելի քան 50 գործընթաց։

Լիթիումային մարտկոցները կարելի է բաժանել գլանաձև մարտկոցների, քառակուսի ալյումինե թաղանթով մարտկոցների, պարկաձև մարտկոցների և շեղբերով մարտկոցների՝ ըստ ձևի։ Դրանց արտադրության գործընթացում կան որոշ տարբերություններ, բայց ընդհանուր առմամբ լիթիումային մարտկոցների արտադրության գործընթացը կարելի է բաժանել առաջնային գործընթացի (էլեկտրոդների արտադրություն), միջին փուլի գործընթացի (բջիջների սինթեզ) և հետին փուլի գործընթացի (ձևավորում և փաթեթավորում):

Այս հոդվածում կներկայացվի լիթիումային մարտկոցների արտադրության նախնական գործընթացը։

Առաջնային գործընթացի արտադրական նպատակն է ավարտել էլեկտրոդի (անոդի և կաթոդի) արտադրությունը: Դրա հիմնական գործընթացները ներառում են՝ շաղախի մշակում/խառնում, ծածկույթ, գլանավորում, կտրում և դրոշմում:

Շաղախի/խառնման

Խառնումը/խառնումը նշանակում է անոդի և կաթոդի պինդ մարտկոցային նյութերը հավասարաչափ խառնել, այնուհետև լուծիչ ավելացնել՝ խառնուրդ ստանալու համար: Խառնուրդի խառնումը գծի առջևի մասի մեկնարկային կետն է և հաջորդող ծածկույթի, ճկման և այլ գործընթացների ավարտի նախերգանքն է:

Լիթիումային մարտկոցների խառնուրդը բաժանվում է դրական էլեկտրոդային խառնուրդի և բացասական էլեկտրոդային խառնուրդի։ Ակտիվ նյութերը, հաղորդիչ ածխածինը, խտացուցիչը, կապակցանյութը, հավելանյութը, լուծիչը և այլն համամասնորեն լցնել խառնիչի մեջ։ Խառնելով՝ ստանալ ծածկույթի համար նախատեսված պինդ-հեղուկ խառնուրդի միատարր դիսպերսիա։

Բարձրորակ խառնումը հետագա գործընթացի բարձրորակ ավարտի հիմքն է, որն ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն կազդի մարտկոցի անվտանգության և էլեկտրաքիմիական կատարողականի վրա։

Ծածկույթ

Ծածկույթը դրական և բացասական ակտիվ նյութերի համապատասխանաբար ալյումինե և պղնձե փայլաթիթեղների վրա ծածկույթի գործընթաց է, որի ընթացքում դրանք միացվում են հաղորդիչ նյութերի և կապակցանյութի հետ՝ էլեկտրոդային թերթիկ ստանալու համար: Այնուհետև լուծիչները հեռացվում են ջեռոցում չորացնելով, որպեսզի պինդ նյութը կպչի հիմքին՝ ստանալով դրական և բացասական էլեկտրոդային թերթիկային պարույր:

Կաթոդի և անոդի ծածկույթ

Կաթոդային նյութեր. Կան նյութերի երեք տեսակ՝ շերտավոր կառուցվածք, սպինելային կառուցվածք և օլիվինային կառուցվածք, որոնք համապատասխանաբար համապատասխանում են եռակի նյութերին (և լիթիումի կոբալտատին), լիթիումի մանգանատին (LiMn2O4) և լիթիումի երկաթի ֆոսֆատին (LiFePO4):

Անոդային նյութեր. Ներկայումս առևտրային լիթիում-իոնային մարտկոցներում օգտագործվող անոդային նյութերը հիմնականում ներառում են ածխածնային և ոչ ածխածնային նյութեր: Դրանց թվում են գրաֆիտային անոդը, որը ներկայումս ամենատարածվածն է, և անկարգ ածխածնային անոդը, կարծր ածխածինը, փափուկ ածխածինը և այլն. ոչ ածխածնային նյութերից են սիլիցիումի վրա հիմնված անոդը, լիթիումի տիտանիատը (LTO) և այլն:

Որպես առաջնային գործընթացի հիմնական օղակ, ծածկույթի գործընթացի կատարման որակը խորապես ազդում է պատրաստի մարտկոցի հետևողականության, անվտանգության և կյանքի ցիկլի վրա։

Քալանդրինգ

Պատված էլեկտրոդը հետագայում խտացվում է գլանով, որպեսզի ակտիվ նյութը և կոլեկտորը սերտ շփման մեջ լինեն միմյանց հետ, նվազեցնելով էլեկտրոնների շարժման հեռավորությունը, նվազեցնելով էլեկտրոդի հաստությունը, մեծացնելով բեռնման հզորությունը: Միաժամանակ, այն կարող է իջեցնել մարտկոցի ներքին դիմադրությունը, մեծացնել հաղորդականությունը և բարելավել մարտկոցի ծավալի օգտագործման մակարդակը՝ մեծացնելով մարտկոցի հզորությունը:

Էլեկտրոդի հարթությունը կալանդրացման գործընթացից հետո անմիջականորեն կազդի հետագա կտրման գործընթացի ազդեցության վրա: Էլեկտրոդի ակտիվ նյութի միատարրությունը նույնպես անուղղակիորեն կազդի բջջի աշխատանքի վրա:

Կտրում

Կտրումը լայն էլեկտրոդային կծիկի անընդհատ երկայնական կտրումն է պահանջվող լայնության նեղ շերտերի: Կտրման ժամանակ էլեկտրոդը բախվում է կտրման ազդեցությանը և քանդվում: Կտրումից հետո եզրի հարթությունը (առանց ճաքերի և ծռման) արդյունավետությունը ստուգելու բանալին է:

Էլեկտրոդի պատրաստման գործընթացը ներառում է էլեկտրոդային լեզվակի եռակցումը, պաշտպանիչ կպչուն թղթի քսումը, էլեկտրոդային լեզվակի փաթաթումը և լազերի միջոցով էլեկտրոդային լեզվակի կտրումը հետագա փաթաթման գործընթացի համար: Մեքենայով կտրումը նշանակում է պատված էլեկտրոդի դրոշմումը և ձևավորումը հետագա գործընթացի համար:

Լիթիում-իոնային մարտկոցների անվտանգության բարձր պահանջների պատճառով, լիթիումային մարտկոցների արտադրության գործընթացում մեծ պահանջարկ ունեն սարքավորումների ճշգրտությունը, կայունությունը և ավտոմատացումը։

Որպես լիթիումային էլեկտրոդների չափման սարքավորումների առաջատար՝ Dacheng Precision-ը թողարկել է լիթիումային մարտկոցների արտադրության նախնական գործընթացում էլեկտրոդների չափման համար նախատեսված մի շարք արտադրանք, ինչպիսիք են՝ ռենտգենյան/β-ճառագայթային մակերեսային խտության չափիչը, CDM հաստության և մակերեսային խտության չափիչը, լազերային հաստության չափիչը և այլն:

• Գերռենտգենյան տարածքային խտության չափիչ

Այն հարմարեցված է ծածկույթի 1600 մմ-ից ավելի լայնության չափման համար, աջակցում է գերարագ սկանավորմանը և հայտնաբերում է մանրամասն առանձնահատկություններ, ինչպիսիք են նոսրացող հատվածները, քերծվածքները և կերամիկական եզրերը: Այն կարող է օգնել փակ ցիկլով ծածկույթի դեպքում:

•  Ռենտգենյան/β-ճառագայթային մակերեսային խտության չափիչ

Այն օգտագործվում է մարտկոցի էլեկտրոդի ծածկույթի գործընթացում և բաժանարար կերամիկական ծածկույթի գործընթացում՝ չափվող օբյեկտի մակերեսային խտության առցանց փորձարկում անցկացնելու համար։

•  CDM հաստության և մակերեսային խտության չափիչ

Այն կարող է կիրառվել ծածկույթի գործընթացում. էլեկտրոդների մանրամասն առանձնահատկությունների առցանց հայտնաբերում, ինչպիսիք են ծածկույթի բացակայությունը, նյութի պակասը, քերծվածքները, նոսրացող հատվածների հաստության ուրվագծերը, AT9 հաստության հայտնաբերում և այլն։

•  Բազմաֆունկցիոնալ համաժամանակյա հետևողական չափման համակարգ

Այն օգտագործվում է լիթիումային մարտկոցների կաթոդի և անոդի ծածկույթի գործընթացի համար: Այն օգտագործում է բազմաթիվ սկանավորման կադրեր՝ էլեկտրոդների վրա համաժամանակյա հետևողական չափումներ կատարելու համար: Հինգ կադրից բաղկացած համաժամանակյա հետևողական չափման համակարգը կարող է ստուգել թաց թաղանթը, զուտ ծածկույթի քանակը և էլեկտրոդը:

•  Լազերային հաստության չափիչ

Այն օգտագործվում է լիթիումային մարտկոցների ծածկույթի կամ կալանդրացման գործընթացում էլեկտրոդը հայտնաբերելու համար։

• Հաստության և չափերի չափիչ՝ անցանց ռեժիմով

Այն օգտագործվում է լիթիումային մարտկոցների ծածկույթի կամ կալանդրացման գործընթացում էլեկտրոդների հաստությունը և չափերը հայտնաբերելու համար, ինչը բարելավում է արդյունավետությունը և հետևողականությունը։