Produktionslinie für Lithium-Ionen-Batterien

Die Technologie der Lithium-Ionen-Batterien wurde bereits als die Technologie prognostiziert, die den Sprung zur Bereitstellung stationärer Speicherlösungen wagen wird, die die effektive Nutzung erneuerbarer Energiequellen ermöglichen.

Die Lithiumbatterietechnologie wird bereits für Anwendungen mit reduzierter Leistung wie Unterhaltungselektronik sowie Leistungsinstrumente eingesetzt.

Als Ergebnis eingehender Forschung und Weiterentwicklung wurde die Technologie so weit entwickelt, dass zuverlässige und sichere Lithiumbatterien für Hybrid-Elektro- und Elektrofahrzeuge sowie für Windmühlen und Solarzellen an Bord sein werden.

Ausrüstung der Lithium-Ionen-Batterie-Produktionslinie

Die Ausrüstung oder Materialien, die in der Produktionslinie von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, umfassen:

· Kathodenmaterialien

Die bemerkenswerten Kathodenmaterialien bestehen aus:

· Lithiummetalloxide

· Olivine

· Vanadiumoxide und;

· Wiederaufladbare Lithiumoxide.

Elf, zwölf Schichtoxide, die Nickel und Kobalt enthalten, sind jedoch die am meisten erforschten Materialien für Lithiumbatterien. Dies liegt daran, dass sie ein erhöhtes Gleichgewicht im Hochspannungsbereich aufweisen.

Aber Kobalt hat natürlich eine begrenzte Verfügbarkeit und ist giftig. Somit ist es ein großes Hindernis für jede Massenfertigung. Mangan bietet eine reduzierte Kostensubstitution mit einer erhöhten thermischen Schwelle und guten Ratenfähigkeiten, hat jedoch eine endliche Zyklengewohnheit.

Anschließend werden häufig Kombinationen von Nickel, Mangan und Kobalt verwendet, um die idealen Eigenschaften zu mischen und jede Form von Nachteil zu verringern.

Vanadiumoxid hat eine enorme Kapazität und eine ideale Kinetik. Infolge der Lithiumextraktion und -insertion neigt dieses Material jedoch dazu, amorph zu werden, und dies begrenzt das Zyklusverhalten.

· Anodenmaterialien

Die Materialien hier bestehen aus:

· Intermetallics oder wahrscheinlich Silizium.11

· Graphit

· Lithiumlegierungsmaterialien

· Lithium usw.

Hier wird Lithium oft als das direkt verwendete Material angesehen, es zeigt jedoch Probleme mit dem Zyklusverhalten sowie dem dendritischen Wachstum, was zu Kurzschlüssen führt. Auch kohlenstoffhaltige Anoden sind aufgrund ihrer geringen Kosten und leichten Verfügbarkeit das am häufigsten verwendete anodische Material.

Die theoretische Kapazität ist jedoch mit 372 mAh / g im Vergleich zur Lithium-Ladungsdichte von 3862 mAh / g ziemlich schlecht.

Es wurden Anstrengungen mit verschiedenen neuartigen Graphit- und Kohlenstoffnanoröhren unternommen, um die Kapazität zu erhöhen, aber das Problem sind die hohen Verarbeitungskosten.

Inzwischen hat Silizium eine sehr hohe Kapazität von etwa 4199 mAh, was einer Si5Li22-Zusammensetzung entspricht.

· Elektrolyte

Sichere und langlebige Batterien verdienen große Elektrolyte, die allen vorhandenen Spannungen und erhöhten Temperaturen sowie einer langen Haltbarkeit aktiv standhalten und gleichzeitig eine erhöhte Mobilität für Lithium bieten.

Folgende Elektrolyttypen stehen zur Verfügung:

· Polymer

· Flüssigkeit

· Festkörperelektrolyte usw.

Die Zersetzung des Elektrolyten und die hohen exothermen Nebenreaktionen in Lithiumbatterien können einen Effekt hervorrufen, der als thermisches Durchgehen bekannt ist.

Dabei beinhaltet die Auswahl eines Elektrolyten manchmal einen Kompromiss zwischen elektrochemischer und Entflammbarkeitsleistung.

Die Elektrolyte haben Abscheider mit eingebautem Wärmeabschaltmechanismus und zusätzliche externe exquisite Wärmemanagementsysteme, die mit den Batteriepacks und Modulen verbunden sind.

Auch ionische Flüssigkeiten wurden aufgrund ihres thermischen Gleichgewichts in Betracht gezogen. Sie haben jedoch ein Kernhindernis, zu dem die Auflösung von Lithium aus der Anode gehört.

Es gibt Polymerelektrolyte, die auch ionisch leitende Polymere sind. Sie werden manchmal in Verbundwerkstoffen mit den keramischen Nanopartikeln gemischt, was wiederum zu erhöhten Leitfähigkeiten und einer Beständigkeit gegen extrem hohe Spannungen führt.

Bei den Festelektrolyten handelt es sich um Lithium-Ionen-Keramikgläser und leitfähige Kristalle. Sie zeigen eine sehr schlechte Leistung bei reduzierter Temperatur aufgrund der Tatsache, dass die Lithiummobilität im Feststoff bei niedrigen Temperaturen signifikant verringert ist.

· Separatoren

Der Batterietrenner trennt die beiden Elektroden tatsächlich physikalisch voneinander, wodurch Probleme im Zusammenhang mit einem Kurzschluss vermieden werden.

Für einen flüssigen Elektrolyten ist der Separator ein Schaumstoff, der normalerweise mit dem Elektrolyten getränkt ist und an einem Ort verbleibt.

Daher muss es die Rolle eines elektronischen Isolators übernehmen und gleichzeitig eine minimale Elektrolytbeständigkeit, ein hohes mechanisches Gleichgewicht und eine chemische Beständigkeit gegen Abbau in der erhöhten elektrochemischen Umgebung aufweisen.

Zusätzlich haben die Abscheider häufig ein Sicherheitsmerkmal, das als thermisches Abschalten bekannt ist. Wenn die Temperaturen erhöht sind, schmilzt es oder schließt die Pore, um den Lithiumtransport zu unterbrechen, ohne das mechanische Gleichgewicht zu verlieren.

Prozess der Lithium-Ionen-Batterie-Produktionslinie

Generell basiert die Entladung der Batterie ausschließlich auf der Lithiumionendiffusion, die über den Stromkollektor von der Anode zur Kathode erfolgt. Der Bewegungsmechanismus basiert hauptsächlich auf dem Diffusionsprozess.

Der Prozess beinhaltet; Abgabe von Lithium an die Oberseite der Anode, Übergang zu und Diffusion über den Elektrolyten und Übergang zu sowie Diffusion in die Kathode.

Es ist zu beachten, dass die Diffusion tatsächlich der limitierendste Faktor für eine erhöhte Stromladung und -entladung sowie eine verringerte Temperaturleistung ist.

Zusätzlich entwickelt der De-Interkalations- und Interkalationsprozess eine Volumenumwandlung in den aktiven Elektrodenmaterialien.

Die Art und Weise, wie Lithiumbatteriezellen hergestellt werden, besteht aus Elektrolyten, die sich aus den Pasten von aktiven Materialpulvern, Lösungsmitteln, Bindemitteln und Additiven bilden, und sie werden an den Beschichtungsmaschinen befestigt, um auf den jüngsten Kollektorfolien verteilt zu werden.

Diese Kollektorfolien umfassen Aluminium für den Kathodenbereich und Kupfer für den Anodenbereich.

Anschließend werden die Komponenten in Separator-Anode- und Separator-Kathoden-Stapel gestapelt, gefolgt von Wickeln zu den zylindrischen Zellen, Einsetzen in die zylindrischen Gehäuse und Schweißen der leitenden Lasche.

Als nächstes werden die Zellen mit Elektrolyt gefüllt, und der Elektrolyt muss den Separator so einstellen, dass er ihn einnimmt und auch die Elektroden benetzt. Der Prozess des Einweichens und Benetzens ist die langsamste Phase sowie der bestimmende Faktor für die Geschwindigkeit der Produktionslinie.

Danach werden alle anderen erforderlichen Geschäfte, Isolatoren und Sicherheitsvorrichtungen schnell angebracht und ebenfalls angeschlossen. Die Zellen werden zum ersten Mal aufgeladen und ebenfalls getestet.

Automatische Produktionslinie für Lithium-Ionen-Batterien

Im Allgemeinen ist die Sicherheit der Lithiumbatterietechnologie immer noch ein wichtiges Anliegen, da die Lebensdauer nicht ausreicht und recht teuer ist. Die Batterien werden in einer großen Produktionslinie hergestellt, die besteht aus:

· Elektrodenbildung

· Stapeln

· Inspektion

· Verpackung und;

· Versandvorgänge

Die Batterien werden in den Bereichen Optimierung, Materialentwicklung und Verarbeitung benötigt.

Etwas zusammenfassen

Es besteht kein Zweifel daran, dass die Lithiumzellenchemie aufgrund ihrer elektrochemischen Aussichten, ihrer Energiedichte und ihrer theoretischen Kapazität die idealen Alternativen für die Speicherung elektrischer Energie für Anwendungen mit höherer Energie und für Hochleistungsspeicher wie Schreibwaren und Transportspeicher bietet.