锂电行业前段工艺介绍及业务关注点剖析
锂电池的生产工艺分为前、中、后三个阶段,其中前段工艺主要包含制浆、涂布、辊压、分切、模切。本文主要对锂电池前段的生产工艺流程进行着重介绍,对各道工艺的特点及业务层面进行深度剖析,为后续AMR在锂电行业的应用提供重要的参考价值。

1、制浆

 

图 负极制浆

图 正极制浆

制浆就是将正负极活性物质粉体、导电剂粉体、高分子粘结剂和助剂均匀分散于溶剂中形成稳定悬浮液的过程。这种悬浮液在锂离子电池行业也称为浆料。这是电池生产的第一道工序,该道工序质量控制的好坏,将直接影响电池的质量和成品合格率。而且该道工序工艺流程复杂,对原料配比,混料步骤,搅拌时间等等都有较高的要求。

制浆工艺一般主要分六个步骤:1)制浆准备(烘干、溶液制备、导电剂浆料制备),2)活性物质预混合,3)高速搅拌分散,4)真空脱气泡,5)匀浆过程,6)过滤。

搅拌对象:电池活性材料。

正极材料:主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等。(磷酸铁锂由于具有安全性与循环寿命、材料成本低的优势被国内电池企业广泛应用)

负极材料:一般为碳素材料,如石墨。

业务关注点:

1) 锂电行业洁净度原因,需要单独设置拆包间,与搅拌间不在同一区域;

2) 粉料在拆包和运输过程中易产生散落,地面和放置粉料的托盘上存在大量石墨粉,车体易打滑;3、搅拌液的输出采用管道的形式进行输送,输送至涂布机台的出液口;

2、涂布

图3-极片涂布

锂离子电池涂布是利用涂布设备,将含有正负极活性物质的悬浮液浆料均匀涂布于铝箔或铜箔片幅上,然后干燥成膜的过程。涂布过程具体包括剪切涂布、润湿和流平、干燥等三个工序。

涂布方法有很多,选择涂布方法时需要考虑很多因素,主要有:涂布层数、涂布厚度、浆料黏度、涂布精度、片幅情况、涂布速度等。锂离子电池电极极片涂布方法为滚涂和挤压涂布。逆转辊涂需要较高的剪切速率,适合黏度稍高的浆料,获得的涂膜较厚,涂层质量好,是目前锂离子电池最常用的涂布方法。挤压涂布可用于较高黏度浆料的涂布,获得的极片具有较高的精度,涂布速度快。

业务关注点

1) 卷料、卷筒基本参数(是否多种型号),卷料上料、下料前后的参数变化;

2) 机台对接形式(U型槽、V型槽、气胀轴等);

3) 机台对接精度要求;

4) 涂布是否为双面涂,机台是否能自动翻卷。

5) 由于前后工序机台的效率差异及设备极易产生报废料,节拍不稳定,因此每段工序之间需放置大量的缓存位进行缓存,保证机台及时供料。

3、辊压

图 极片辊压

在碾压车间里,通过辊将附着有正负极材料的极片进行碾压,一方面让涂覆的材料更紧密,提升能量密度,保证厚度的一致性,另一方面也会进一步管控粉尘和湿度。

极片进入辊压机后,在对辊压力的作用下,极片的活性颗粒发生流动、重排以及嵌入,颗粒之间的空隙减少,排列紧密化。辊压主要目的是减小极片厚度,提高粉体层单位单位体积的活性物质担载量,即提高充填密度,从而达到提高电池容量的目的。

涂布过程具体包括剪切涂布、润湿和流平、干燥等三个工序。

业务关注点

1) 卷料、卷筒基本参数(是否多种型号),卷料上料、下料前后的参数变化;

2) 机台对接形式(U型槽、V型槽、气胀轴等);

3) 机台对接精度要求;

4) 辊压机台上料一般为单轴形式,需考虑物料供应的及时性。

4、分切

图 极片分切

分切是利用相应设备将涂布辊压之后的大片极片分裁成单个极片的过程。分切分为纵切和横切,纵切的目的是将大片极片沿长度方向分切成长条状,而横切是指沿垂直于长度方向进行切断操作。经过纵切和横切以后就可获得所需设计尺寸的正负极极片。锂离子电池中分切的极片多为塑性材料。

分切在机械加工中称为剪切,按照剪切刀具的形式可以分为斜刃剪、平刃剪、滚切剪和圆盘剪等剪切方法。

在锂离子电池生产中,极片的纵切通常采用圆盘剪,而横切采用平刃剪,自动化生产线通常先进行纵切,然后进行横切。一般对锂离子电池极片分切有如下要求:

①极片尺寸精度高;

②极片边缘平整无毛刺,缺陷少,不破坏极片涂布层;

③合格率高,生产效率高。

业务关注点:

1)   分切下料后出极卷数量;

2)   卷料、卷筒基本参数;

3)   机台对接形式(U型槽、V型槽、膨胀轴等);

4)   机台对接精度要求;

5)   机台下料方式。

5、模切

图 模切

模切是通过五金模切或激光模切设备,将分切后的极片卷料冲片成电池实际要求的体积(将一个卷切出极耳);

关注点:

1)   卷料、卷筒基本参数;

2)   机台对接形式;

3)   机台对接精度要求;

4)   机台下料方式(一出一、一出二、一出四等);

5)   下料放置极卷时考虑极耳方向。

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