Hızlı gelişmeyle birliktelityum pilEndüstride lityum pillerin uygulama alanları genişlemeye devam etmekte ve insanların yaşamlarında ve işlerinde vazgeçilmez bir enerji cihazı haline gelmektedir. Özel lityum pil üreticilerinin üretim sürecine gelince, lityum pil üretim süreci esas olarak bileşenler, kaplama, levhalama, hazırlık, sarma, kabuklama, haddeleme, fırınlama, sıvı enjeksiyonu, kaynaklama vb. aşamaları içerir. Aşağıda lityum pil üretim sürecinin kilit noktaları tanıtılmaktadır. Pozitif elektrot bileşenleri Lityum pillerin pozitif elektrotu aktif malzemeler, iletken maddeler, yapıştırıcılar vb. bileşenlerden oluşur. İlk olarak, hammaddeler onaylanır ve fırınlanır. Genel olarak, iletken maddenin ≈120℃'de 8 saat, yapıştırıcı PVDF'nin ise ≈80℃'de 8 saat fırınlanması gerekir. Aktif malzemelerin (LFP, NCM, vb.) fırınlanması ve kurutulması gerekip gerekmediği, hammaddelerin durumuna bağlıdır. Şu anda, genel lityum pil atölyelerinde sıcaklık ≤40℃ ve nem ≤25%RH gereklidir. Kuruma işlemi tamamlandıktan sonra, PVDF yapıştırıcısı (PVDF çözücüsü, NMP çözeltisi) önceden hazırlanmalıdır. PVDF yapıştırıcısının kalitesi, pilin iç direnci ve elektriksel performansı için kritik öneme sahiptir. Yapıştırıcı uygulamasını etkileyen faktörler arasında sıcaklık ve karıştırma hızı bulunur. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, yapıştırıcının sararması yapışmayı etkiler. Karıştırma hızı çok hızlı olursa, yapıştırıcı kolayca zarar görebilir. Spesifik dönüş hızı, dağıtım diskinin boyutuna bağlıdır. Genel olarak, dağıtım diskinin doğrusal hızı 10-15 m/s'dir (ekipmana bağlı olarak). Bu sırada, karıştırma tankında sirkülasyon suyu açılmalı ve sıcaklık ≤30°C olmalıdır.

Katot bulamacını partiler halinde ekleyin. Bu aşamada, malzeme ekleme sırasına dikkat etmeniz gerekir. Önce aktif maddeyi ve iletken maddeyi ekleyin, yavaşça karıştırın, ardından yapıştırıcıyı ekleyin. Besleme süresi ve besleme oranı da lityum pil üretim sürecine göre kesinlikle uygulanmalıdır. İkinci olarak, ekipmanın dönüş hızı ve devir hızı kesinlikle kontrol edilmelidir. Genel olarak, dağıtım doğrusal hızı 17 m/s'nin üzerinde olmalıdır. Bu, cihazın performansına bağlıdır. Farklı üreticiler büyük ölçüde değişiklik gösterir. Ayrıca karıştırmanın vakumunu ve sıcaklığını da kontrol edin. Bu aşamada, bulamacın partikül boyutu ve viskozitesi düzenli olarak kontrol edilmelidir. Partikül boyutu ve viskozite, katı madde içeriği, malzeme özellikleri, besleme sırası ve lityum pil üretim süreciyle yakından ilişkilidir. Bu aşamada, geleneksel işlem için sıcaklık ≤30℃, nem ≤25%RH ve vakum derecesi ≤-0,085 mpa gereklidir. Bulamacı bir transfer tankına veya boya atölyesine aktarın. Bulamaç aktarıldıktan sonra, elenmesi gerekir. Amaç, büyük parçacıkları filtrelemek, ferromanyetik ve diğer maddeleri çöktürmek ve uzaklaştırmaktır. Büyük parçacıklar kaplamayı etkileyebilir ve pilin aşırı kendi kendine deşarjına veya kısa devre riskine neden olabilir; bulamaçta çok fazla ferromanyetik malzeme bulunması, pilin aşırı kendi kendine deşarjına ve diğer kusurlara neden olabilir. Bu lityum pil üretim sürecinin işlem gereksinimleri şunlardır: sıcaklık ≤ 40°C, nem ≤ %25 RH, elek gözenek boyutu ≤ 100 mesh ve parçacık boyutu ≤ 15 µm.

Negatif elektrotLityum pilin negatif elektrodu, aktif madde, iletken madde, bağlayıcı ve dağıtıcıdan oluşur. Öncelikle, ham maddeler doğrulanmalıdır. Geleneksel anot sistemi, su bazlı bir karıştırma işlemidir (çözücü deiyonize sudur), bu nedenle ham maddeler için özel kurutma gereksinimleri yoktur. Lityum pil üretim süreci, deiyonize suyun iletkenliğinin ≤1 µs/cm olmasını gerektirir. Atölye gereksinimleri: sıcaklık ≤40℃, nem ≤%25 RH. Yapıştırıcıyı hazırlayın. Ham maddeler belirlendikten sonra, önce yapıştırıcı (CMC ve sudan oluşur) hazırlanmalıdır. Bu aşamada, grafit C ve iletken madde kuru karıştırma için bir karıştırıcıya dökülmelidir. Kuru karıştırma sırasında parçacıklar sıkıştırıldığı, sürtüldüğü ve ısıtıldığı için vakum veya sirkülasyonlu su kullanılmaması önerilir. Dönme hızı düşük hızda 15~20 rpm, kazıma ve öğütme döngüsü 2-3 kez ve aralık süresi ≈15 dakika olmalıdır. Yapıştırıcıyı karıştırıcıya dökün ve vakumlamaya başlayın (≤-0,09 mpa). Kauçuğu 15-20 rpm'lik düşük hızda 2 kez sıkın, ardından hızı ayarlayın (düşük hız 35 rpm, yüksek hız 1200-1500 rpm) ve her üreticinin ıslak işlemine göre yaklaşık 15-60 dakika çalıştırın. Son olarak, SBR'yi karıştırıcıya dökün. SBR uzun zincirli bir polimer olduğundan düşük hızda karıştırma önerilir. Dönme hızı uzun süre çok hızlı olursa, moleküler zincir kolayca kırılır ve aktivitesini kaybeder. 10-20 dakika boyunca 35-40 rpm'lik düşük hızda ve 1200-1800 rpm'lik yüksek hızda karıştırılması önerilir. Viskozite (2000-4000 mPa.s), partikül boyutu (35 µm≤), katı madde içeriği (%40-70), vakum derecesi ve elek gözenek boyutu (≤100 mesh) test edilmelidir. Belirli işlem değerleri, malzemenin fiziksel özelliklerine ve karıştırma işlemine bağlı olarak değişecektir. Atölyede sıcaklık ≤30℃ ve nem ≤25%RH olmalıdır. Katot kaplama: Lityum pil üretim süreci, alüminyum akım toplayıcının AB yüzeyine katot bulamacının ekstrüzyon veya püskürtme yoluyla uygulanmasını ifade eder; tek yüzey yoğunluğu ≈20~40 mg/cm2'dir (üçlü lityum pil tipi). Fırın sıcaklığı genellikle 4 ila 8 knot'un üzerindedir ve her bölümün pişirme sıcaklığı, pişirme sırasında enine çatlakları ve solvent damlamasını önlemek için gerçek ihtiyaçlara göre 95°C ile 120°C arasında ayarlanır. Transfer kaplama silindiri hız oranı 1,1-1,2'dir ve pil döngüsü sırasında kuyruklanma nedeniyle etiket konumunun aşırı sıkışmasını önlemek için boşluk konumu 20-30 µm inceltilir; bu durum lityum çökelmesine yol açabilir. Kaplama nemi ≤2000-3000 ppm'dir (malzemeye ve işleme bağlı olarak). Atölyedeki pozitif elektrot sıcaklığı ≤30℃ ve nem oranı ≤25%'tir. Şematik diyagram aşağıdaki gibidir: Kaplama bandının şematik diyagramı

Olityum pil üretimisürecinegatif elektrot kaplamasıBakır akım toplayıcının AB yüzeyine negatif elektrot bulamacının ekstrüzyon veya püskürtme yoluyla uygulanmasını ifade eder. Tek yüzey yoğunluğu ≈ 10~15 mg/cm2'dir. Kaplama fırını sıcaklığı genellikle 4-8 (veya daha fazla) bölümden oluşur ve her bölümün pişirme sıcaklığı 80℃~105℃'dir. Pişirme çatlaklarını ve enine çatlakları önlemek için gerçek ihtiyaçlara göre ayarlanabilir. Transfer silindiri hız oranı 1,2-1,3'tür, aralık 10-15 µm inceltilir, boya konsantrasyonu ≤3000 ppm'dir, atölyedeki negatif elektrot sıcaklığı ≤30℃ ve nem ≤25%'tir. Pozitif plakanın pozitif kaplaması kuruduktan sonra, tambur işlem süresi içinde hizalanmalıdır. Silindir, elektrot levhasını sıkıştırmak için kullanılır (birim hacim başına kaplama kütlesi). Şu anda lityum pil üretim sürecinde iki pozitif elektrot presleme yöntemi vardır: sıcak presleme ve soğuk presleme. Soğuk preslemeyle karşılaştırıldığında, sıcak presleme daha yüksek sıkıştırma ve daha düşük geri tepme oranına sahiptir. Bununla birlikte, soğuk presleme işlemi nispeten basit ve kullanımı ve kontrolü kolaydır. Silindirin ana ekipmanı, aşağıdaki işlem değerlerine ulaşmaktır: sıkıştırma yoğunluğu, geri tepme oranı ve uzama. Aynı zamanda, çubuk parçasının yüzeyinde kırılgan talaşlar, sert topaklar, dökülen malzemeler, dalgalı kenarlar vb. bulunmamalı ve boşluklarda kırılmalar olmamalıdır. Bu sırada, atölye ortam sıcaklığı: ≤23℃, nem: ≤25% olmalıdır. Mevcut geleneksel malzemelerin gerçek yoğunluğu:

Yaygın olarak kullanılan sıkıştırma yöntemi:

Geri tepme oranı: genel geri tepme 2-3 μm

Uzama: Pozitif elektrot tabakası genellikle ≈1.002'dir.

Pozitif elektrot rulosu tamamlandıktan sonra, bir sonraki adım, tüm elektrot parçasını aynı genişlikte (pilin yüksekliğine karşılık gelen) küçük şeritlere bölmektir. Kesme işlemi sırasında, kutup parçasının çapaklarına dikkat edilmelidir. İki boyutlu ekipman yardımıyla kutup parçalarının X ve Y yönlerinde çapak açısından kapsamlı bir şekilde incelenmesi gereklidir. Boyuna çapak uzunluğu işlemi Y≤1/2 H diyafram kalınlığı olmalıdır. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃ ve çiğ noktası ≤-30℃ olmalıdır. Lityum pil negatif elektrot levhaları için negatif elektrot levhalarının üretim süreci, pozitif elektrotlarla aynıdır, ancak işlem tasarımı farklıdır. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃ ve nem ≤25% olmalıdır. Yaygın negatif elektrot malzemelerinin gerçek yoğunluğu:

Genellikle kullanılan negatif elektrot sıkıştırma: Geri tepme oranı: Genel geri tepme 4-8 µm Uzama: Pozitif plaka genellikle ≈ 1.002 Lityum pil pozitif elektrot sıyırma üretim süreci, pozitif elektrot sıyırma işlemine benzer ve her ikisinde de X ve Y yönlerindeki çapakların kontrol edilmesi gerekir. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃ ve çiğ noktası ≤-30℃ olmalıdır. Pozitif plaka sıyırılmaya hazır olduktan sonra, pozitif plaka kurutulmalı (120°C) ve ardından alüminyum levha kaynaklanıp paketlenmelidir. Bu işlem sırasında, tırnak uzunluğu ve kalıplama genişliği dikkate alınmalıdır. **650 tasarımını (örneğin 18650 pil) örnek olarak alırsak, açıkta kalan tırnaklı tasarım, esas olarak kapak ve rulo oluk kaynağı sırasında katot tırnaklarının makul işbirliğini dikkate almak içindir. Kutup tırnakları çok uzun süre açıkta kalırsa, haddeleme işlemi sırasında kutup tırnakları ile çelik gövde arasında kolayca kısa devre meydana gelebilir. Eğer bağlantı ucu çok kısa ise, kapak lehimlenemez. Şu anda iki tip ultrasonik kaynak başlığı bulunmaktadır: doğrusal ve noktasal. Yurtiçi işlemlerde, aşırı akım ve kaynak mukavemeti hususları göz önünde bulundurularak çoğunlukla doğrusal kaynak başlıkları kullanılmaktadır. Ayrıca, lehimleme uçlarını kaplamak için yüksek sıcaklık yapıştırıcısı kullanılır; bu, esas olarak metal çapakları ve metal parçacıklarından kaynaklanan kısa devre riskini önlemek içindir. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃, çiğ noktası ≤-30℃ ve katot nem içeriği ≤500-1000 ppm olmalıdır.

Negatif Plaka HazırlığıNegatif plaka kurutulmalı (105-110°C), ardından nikel levhalar kaynaklanmalı ve paketlenmelidir. Lehimleme ucu uzunluğu ve şekillendirme genişliği de dikkate alınmalıdır. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃, çiğ noktası ≤-30℃ ve negatif elektrotun nem içeriği ≤500-1000 ppm olmalıdır. Sarma işlemi, ayırıcı, pozitif elektrot levhası ve negatif elektrot levhasının bir sarma makinesi aracılığıyla demir bir çekirdeğe sarılmasıdır. Prensip, pozitif elektrotu negatif elektrotla sarmak ve ardından pozitif ve negatif elektrotları bir ayırıcı aracılığıyla ayırmaktır. Geleneksel sistemin negatif elektrotu pil tasarımının kontrol elektrotu olduğundan, kapasite tasarımı pozitif elektrottan daha yüksektir, böylece şekillendirme şarjı sırasında pozitif elektrotun Li+ iyonları negatif elektrotun "boşluğunda" depolanabilir. Sarma sırasında sarım gerilimine ve kutup parçası düzenlemesine özel dikkat gösterilmelidir. Çok düşük sargı gerilimi, iç direnci ve gövde yerleştirme hızını etkiler. Aşırı gerilim ise kısa devre veya kırılma riskine yol açabilir. Hizalama, negatif elektrot, pozitif elektrot ve ayırıcının göreceli konumunu ifade eder. Negatif elektrotun genişliği 59,5 mm, pozitif elektrotun genişliği 58 mm ve ayırıcının genişliği 61 mm'dir. Kısa devre riskini önlemek için oynatma sırasında üçü de hizalanır. Sargı gerilimi genellikle pozitif kutup için 0,08-0,15 MPa, negatif kutup için 0,08-0,15 MPa, üst diyafram için 0,08-0,15 MPa ve alt diyafram için 0,08-0,15 MPa arasındadır. Spesifik ayarlamalar ekipmana ve işleme bağlıdır. Bu atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃, çiğ noktası ≤-30℃ ve nem içeriği ≤500-1000 ppm'dir.

Kılıflı pil çekirdeği kasaya yerleştirilmeden önce, 200~500V'luk bir Hi-Pot testi (yüksek voltajlı pilin kısa devre yapıp yapmadığını test etmek için) gereklidir ve ayrıca kasaya yerleştirilmeden önce tozun daha da kontrol edilmesi için vakumlama da gereklidir. Lityum pillerin üç ana kontrol noktası nem, çapak ve tozdur. Önceki işlem tamamlandıktan sonra, alt conta pil çekirdeğinin altına yerleştirilir, pozitif elektrot levhası yüzeyi pil çekirdeği sargı deliğine bakacak şekilde bükülür ve son olarak dikey olarak çelik veya alüminyum kasaya yerleştirilir. 18650 tipi örnek olarak alındığında, dış çap ≈ 18 mm + yükseklik ≈ 71,5 mm'dir. Sargılı çekirdeğin kesit alanı, çelik kasanın iç kesit alanından daha küçük olduğunda, çelik kasa yerleştirme oranı yaklaşık %97 ila %98,5'tir. Çünkü kutup parçasının geri tepme değeri ve daha sonraki enjeksiyon sırasında sıvı penetrasyon derecesi dikkate alınmalıdır. Yüzey alt tabakasıyla aynı işlem, üst alt tabakanın montajını da içerir. Atölyenin ortam sıcaklığı ≤23℃ ve çiğ noktası ≤-40℃ olmalıdır.

YuvarlamakLehim çekirdeğinin ortasına (genellikle bakır veya alaşımdan yapılmış) bir lehim pimi yerleştirilir. Yaygın olarak kullanılan kaynak pimleri Φ2,5*1,6 mm'dir ve negatif elektrotun kaynak dayanımının ≥12N olması gerekir. Çok düşükse, sanal lehimlemeye ve aşırı iç dirence kolayca neden olur. Çok yüksekse, çelik kabuğun yüzeyindeki nikel tabakasının kaynakla soyulması kolaylaşır ve lehim bağlantılarında paslanma ve sızıntı gibi gizli tehlikelere yol açar. Yuvarlama oluğunun basit anlamı, sarılmış pil çekirdeğini sallanmadan kasaya sabitlemektir. Bu lityum pilin üretim sürecinde, enine ekstrüzyon hızı ile boyuna presleme hızının eşleştirilmesine özel dikkat gösterilmelidir; çok yüksek enine hızda kasanın kesilmesini önlemek için, boyuna hız çok hızlı olursa çentikteki nikel tabakası dökülür veya çentiğin yüksekliği etkilenir ve sızdırmazlık bozulur. Oluk derinliği, uzantısı ve oluk yüksekliği için işlem değerlerinin standartlara uygun olup olmadığının (pratik ve teorik hesaplamalarla) kontrol edilmesi gereklidir. Yaygın kullanılan freze uçları 1,0, 1,2 ve 1,5 mm'dir. Yuvarlama oluğu tamamlandıktan sonra, metal parçacıklarını önlemek için tüm makinenin tekrar vakumlanması gerekir. Vakum derecesi ≤-0,065 MPa olmalı ve vakumlama süresi 1~2 saniye olmalıdır. Bu atölyenin ortam sıcaklığı gereksinimleri ≤23℃ ve çiğ noktası ≤-40℃'dir. Pil çekirdeği fırınlama Silindirik pil levhaları yuvarlanıp oluklandıktan sonra, bir sonraki lityum pil üretim süreci çok önemlidir: fırınlama. Pil hücrelerinin üretimi sırasında belirli miktarda nem girer. Nem zamanında standart aralıkta kontrol edilemezse, pilin performansı ve güvenliği ciddi şekilde etkilenir. Genellikle fırınlama için otomatik vakumlu fırın kullanılır. Pişirilecek pilleri düzgün bir şekilde yerleştirin, kurutucu maddeyi fırına koyun, parametreleri ayarlayın ve sıcaklığı 85°C'ye yükseltin (örnek olarak lityum demir fosfat pilleri ele alalım). Aşağıda, farklı özelliklere sahip pil hücreleri için pişirme standartları verilmiştir:

Sıvı EnjeksiyonuLityum pil üretim süreci, fırınlanmış pil hücrelerinin nem testini içerir. Önceki fırınlama standartlarına ulaşıldıktan sonra bir sonraki adıma geçilebilir: elektrolit enjeksiyonu. Fırınlanmış piller hızlıca vakumlu eldiven kutusuna yerleştirilir, tartılır ve ağırlık kaydedilir, enjeksiyon kabı takılır ve kaba tasarlanan ağırlıkta elektrolit eklenir (genellikle sıvıya batırılmış pil testi yapılır: pil kabın ortasına yerleştirilir). Pil çekirdeği elektrolite batırılır, bir süre bekletilir, pilin maksimum sıvı emme kapasitesi test edilir (genellikle deneysel hacme göre sıvı doldurulur), vakum kutusuna konularak vakumlanır (vakum derecesi ≤ -0,09 MPa) ve elektrolitin elektrota nüfuz etmesi hızlandırılır. Birkaç döngüden sonra pil parçaları çıkarılır ve tartılır. Enjeksiyon hacminin tasarım değerine uygun olup olmadığı hesaplanır. Daha az ise, takviye edilmesi gerekir. Çok fazla ise, tasarım gereksinimlerini karşılayana kadar fazlalık dökülür. Eldiven kutusu ortamının sıcaklığının ≤23℃ ve çiğ noktasının ≤-45℃ olması gerekmektedir.

KaynakBu lityum pil üretim sürecinde, pil kapağı önceden eldiven kutusuna yerleştirilmeli ve bir elle süper kaynak makinesinin alt kalıbına sabitlenmeli, diğer elle ise pil çekirdeği tutulmalıdır. Pil hücresinin pozitif ucu, kapağın terminal ucuyla hizalanmalıdır. Pozitif terminal ucunun kapak terminal ucuyla hizalandığından emin olduktan sonra, ultrasonik kaynak makinesine basılmalıdır. Ardından kaynak makinesinin ayak pedalına basılmalıdır. Sonrasında, lehimleme uçlarının kaynak etkisini kontrol etmek için pil ünitesi tamamen incelenmelidir.

Lehim uçlarının hizalı olup olmadığını kontrol edin.

Lehim ucunu hafifçe çekerek gevşek olup olmadığını kontrol edin.

Pil kapağı sağlam bir şekilde kaynaklanmamış pillerin yeniden kaynaklanması gerekir.