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鋰離子電池的製造過程是什麼？
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鋰離子電池製造的 10 個步驟
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鋰離子電池製造過程中的主要挑戰
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重點外賣
鋰離子電池 已成為便攜式設備和清潔能源的基礎。電池生產遵循多個連續的程序。隨著市場需求的增加，製造商被迫開發先進的生產技術。積極的研究帶來了改進和更有效率的能源儲存解決方案。但它們是如何製作的呢？以下討論深入探討製造業。本指南介紹了鋰離子電池製造過程的詳細步驟。它將詳細介紹每個製程階段的基本步驟、主要方法和設備。
鋰離子電池的製造過程是什麼？
鋰離子電池製造複雜，依賴鋰離子提供動力。它涉及幾個關鍵步驟，每個步驟對於製造高效電池至關重要。
製造商從原材料開始，將其轉化為可用的電池組件。基本部分包括電極、隔膜、電解質。它們組裝成一個完整的細胞。精度和品質控制至關重要，安全是重中之重。
鋰離子電池組裝後，對電池進行仔細測試，以確保其符合性能標準。鋰離子電池有許多優點。它們儲存大量能量並且使用壽命更長。它們還能最大限度地減少功率損耗。電池在不同的工業領域有廣泛的實際應用。
市場對這些電池的強烈需求促使企業建立新穎的解決方案。隨著技術不斷進步，電池產業不斷向前發展。先進的電池技術具有許多優勢，包括更長的運行時間、更好的安全系統等。
鋰離子電池製造的 10 個步驟
1. 漿料攪拌
漿料混合是鋰離子電池製造的第一步。
該漿料含有多種基本成分。它含有鋰金屬氧化物化合物以及黏合劑和導電添加劑。材料混合物在真空壓力下與溶劑結合，形成均勻的液體懸浮液。該漿料構成了電池電極的基礎。黏合劑的作用是提高活性材料之間的黏附性。它應該具有穩定的特性。這樣，它就不會與電解質或氧化還原反應發生反應。
適當的混合可確保材料分佈的一致性並防止缺陷。流體動力剪切混合或超音波均質化等技術可以產生更好的效果。此步驟需要時間，並且對於獲得高品質的電極至關重要。
2.塗層
在此步驟中，金屬箔覆蓋漿料。通常，鋁用於陰極，銅用於陽極。塗層工藝至關重要。它直接影響電池的運作效率和耐用性。主要目的是均勻分佈漿料。對卷對卷設備的正確控制對於保護箔材料仍然至關重要。
塗覆方法有兩種。預定量應用和滾動應用。常見的塗佈技術有狹縫模塗佈和逗號棒塗佈。這些方法可以實現快速且準確的應用。雙層狹縫模頭塗佈是一種先進的方法。它改善了黏合劑的分散性。這提高了電池的效率和壽命。
3.乾燥
乾燥過程可消除塗層電極中的水分和溶劑。電極的穩定性和性能在很大程度上取決於這一關鍵步驟。紅外線技術和烤箱有助於在製造過程中乾燥塗層電極。真空室加速了這個過程。
根據溶劑回收情況，有多個目標乾燥區。適當的乾燥可以防止可能損害電池品質的化學反應。此過程應能防止開裂。
乾燥過程佔整個鋰離子電池製造過程所需時間的48%。
4.溶劑回收
溶劑回收萃取有害溶劑。溶劑有很多，包括用於漿料製備的N-甲基吡咯烷酮（NMP）。溶劑回收透過排氣系統進行。由於 NMP 易燃，因此需要透過熱回收來提取。該工藝減少了對環境的影響並確保了安全的生產條件。回收的溶劑可以重新利用，使該過程更加永續。
5、壓延
壓延製程使用精密滾筒壓縮塗層電極。這減少了塗層中的微小間隙（孔隙率）。這是為了達到所需的厚度和密度。更緻密的塗層可改善材料之間的接觸。此步驟改善了離子傳輸和能量密度。
滾筒壓力、溫度可調整。壓力越大，電極就越薄、越光滑。加熱的滾筒會軟化黏合劑材料（如 PVDF）。這使得材料之間具有更好的黏附性。
兩步法正變得越來越流行。第一遍：中壓。第二遍：更高的壓力。這可使塗層膨脹減少 30-50%。它還可以幫助電池保持更長時間的電量。製造商精心平衡壓實以保持離子電導率，同時最大限度地提高活性材料的利用率。
6. 分切
分切將壓縮的電極切割成適合電池單元的特定尺寸。不同的形狀包括電極條、電極片和電極圓盤。這些可用於纏繞電極、堆疊電極和紐扣電池。
精密切割可確保其與電池外殼完美貼合。雷射切割因其準確性和最少的材料浪費而經常受到人們的青睞。
7、真空乾燥
真空乾燥在減壓條件下去除電極中的殘留水分。這是鋰離子電池製造的必要步驟。它降低了細胞內液體的沸點。同時確保敏感材料不受損壞。
如果此步驟未完成且有殘留水分，則會引起副反應。當水分與電解質鹽（LiPF6）反應時，會產生氟化氫（HF）。它會幹擾電池的電化學性能、損壞AM並增加安全風險。
它在受控條件下準備組裝電極。
8. 電池組裝
細胞組裝涉及幾個重要過程。首先，將陽極片和陰極片捲成果凍捲形狀或堆疊成層。它們之間放置了隔板以防止短路。電池結構採用保護殼封閉。電池外殼的形狀取決於所選的設計。它可以是圓柱形、袋形或棱柱形。封裝後，電池經過電解液填充。這是確保電池正常運作的關鍵過程。
電池進入真空室，然後抽空空氣和水分。電解質以受控的方式註入套管中。電極材料在電解質溶液中浸泡一段時間。電解質滲透到材料中的每個微孔。
有幾種方法可以防止電解質洩漏和蒸發。軟包電池的熱封。圓柱形和方形電池的壓接或焊接。
9.形成
鋰離子開始在陰極和陽極之間移動。這開始了形成過程。此過程在陽極表面形成固體電解質中間相 (SEI) 層。理想情況下，它必須很薄、無反應且電化學穩定。
SEI 層使電池穩定。它可以防止運行過程中電解質和電極之間進一步反應。
製造商採用特定的電流速率和電壓限制來嚴格控制形成過程。這些控制有助於創建理想的 SEI 層並最大限度地提高電池效率。
10. 老化
老化是透過儲存來穩定電池形成後的穩定性的。控制溫度可維持幾天或幾週。此過程可改善 SEI 結構、確保電解質滲透並穩定電壓等級。老化可提高電池的性能、循環壽命和安全性。
這些步驟有助於提高鋰離子電池的可靠性和效率。它們已準備好為當今的設備和車輛提供動力。
鋰離子電池製造過程中的主要挑戰
原料供應挑戰
電池生產需要鋰、鈷和鎳。由於這些材料的價格不穩定，預算規劃變得困難。地緣政治因素造成供應鏈運作頻繁不穩定。少數國家控制這些資源，因而造成交付中斷。為了保持穩定、一致的交付，原料的採購價格更高。這對製造商來說是一個很大的風險。
生產成本高
製造鋰離子電池的成本很高。勞動力和設備成本相當高。能源消耗大，研究費用也增加。市場需求也會影響定價。當需求較低時，單位成本就會增加。
安全問題
如果製造不當，電池可能會著火。這對於工人和周圍環境來說可能是危險的。公司必須有嚴格的安全規則。他們需要良好的品質控制。工人培訓很重要。管理和儲存材料是安全製造環境的關鍵。
環境問題
製造過程會使用危險物質。各組織正採取永續措施來減少對環境的影響。製造商採用再生能源，同時盡量減少用水量。越來越多的企業選擇電池回收，這有助於減少浪費和節省資源。
重點外賣
鋰離子電池的生產需要複雜的工序。每個階段都需要細心關注。這包括製作電極漿料和老化。理解始終是關鍵。這將確保高品質的生產並維護安全的環境。
除了程序之外，該行業還面臨重大挑戰。其中包括原材料供應、生產成本和維持安全標準。隨著全球對電池的需求不斷增長，新的方法正在被引入。這些旨在增強產品並減少對環境的影響。