2018年锂离子电池后处理系统行业概况介绍

平台彩票app网clubedolar.com2019-07-16 17:12:24
内容摘要:锂离子电池生产线生产的锂离子电池按照应用领域划分主要分为消费类电 子产品锂离子电池、动力锂离子电池、储能锂离子电池,其中产量最大的是消费 类电子产品锂离子电池和动力锂离子电池,储能锂离子电池目前应用较少,正处 于起步阶段。而消费类电子产品锂离子电池的主要终端应用是智能手机,动力锂 离子电池的主要终端应用是新能源汽车。

后处理工序,是目前常用各类充电电池(镍氢电池和锂离子电池等)生产的必备工序,经过后处理,可充电电池才能达到可使用状态。由于公司目前研发、 生产和销售主要以锂离子电池生产线后处理系统为主,故主要介绍锂离子电池后 处理系统行业。

锂离子电池生产线生产的锂离子电池按照应用领域划分主要分为消费类电 子产品锂离子电池、动力锂离子电池、储能锂离子电池,其中产量最大的是消费 类电子产品锂离子电池和动力锂离子电池,储能锂离子电池目前应用较少,正处 于起步阶段。而消费类电子产品锂离子电池的主要终端应用是智能手机,动力锂 离子电池的主要终端应用是新能源汽车。

(1)锂离子电池电芯的生产过程


锂离子电池电芯的生产程序,一般分为极片制作、电芯组装、后处理(激活 电芯)等三大步骤,其中极片制作包括搅拌、涂布、压片、烘烤、分条、制片、 极耳成型等工序;电芯组装主要包括卷绕或叠片、电芯预封装(入壳)、注电解 液、封口等工序;后处理主要包括电芯化成、分容、静置、检测、分选等工序。
锂离子电池电芯的生产过程

(2)锂离子电池生产线后处理


后处理是电芯制造完成后的工序,主要是完成电芯的激活、检测和品质判定, 具体包括电芯的化成、分容、检测、分选等工作。经过后处理,电芯得以达到可 使用状态。
锂离子电池生产线后处理

① 充放电

根据生产工艺的不同,电芯的充放电循环次数不尽相同,但最少需要进行两 次:第一次是化成;第二次是分容。

A、化成(formation)。一般指对初次充电的电池实施一系列工艺措施使之 性能趋于稳定,包括小电流充放电、静置、60°C 以下的恒温静置等,也有专门 指首次充电使电池完成电极活化的充放电程序。从原理上说,简而言之,化成就 是激活电芯(使电池中活性物质借第一次充电转成正常电化学作用,并使电极主 要是负极表面生成有效钝化膜或SEI 膜),使电芯具有存储电的能力,类似于硬 盘的格式化。

每一个锂离子电池生产厂家都有自己的化成条件,具体做法不尽相同,各 电池制造商除将材料及制造过程列为机密外,化成条件也被列为各公司制造电池 的重要机密。但一般而言,化成是以低于电池设计标准的电流对电芯进行长时间 充电,有一些电池生产工艺,还需要在化成前,以一定的电流对电芯进行预充电。

化成只是充电的过程,不需要对电芯进行放电,所以化成的时候,可以使用 单独的充电机,因而充电机也常常被称为化成机,又因为充电机的外表往往是方 正的柜子形态,充电机又被称为化成柜。

虽然化成不需要放电,但有些电芯的化成工艺需要进行一次以上的充电, 同时紧接着化成之后的分容工序,需要对电芯先充电再放电,因此化成充电之后, 还必须对电芯进行放电。这种工艺上的需要也导致很多电池生产厂家,直接使用 带有充电和放电功能的充放电机来进行化成。

B、分容,即“分析容量”,又叫分容测试,就是将化成好的电芯按照设计 标准进行充放电,以测量电芯的电容量。

分容需要对电芯进行一次完整的充电及放电,国外某些电池生产厂家使用单 独的充电机和放电机,但在国内,一般使用带有充电和放电功能的充放电机来进 行分容,所以充放电机有时也被叫做分容机,与化成机被叫做化成柜一样,充放 电机也被称为分容柜。

C、充放电机的构成。

充放电机,是整个后处理系统的核心设备之一,也是后处理系统中使用量 最多的设备。

充放电机的最小工作单位是“通道”。一对可用于充放电的正负极连接装 置以及进行充放电的控制单元,构成了一个通道。一个通道可以为一个电芯进行 充电或放电。

在充放电机实际使用中,一个“单元”由一定数量的通道组合而成,包含 一套机构部(负责电池与控制部连接/断开自动平台彩票app装置)和控制部(对充放电 过程进行管理、控制、检测的装置),工作时为若干个电芯同时进行充电或放电。 因此,“单元”包含了若干个“通道”,是充放电机制造和安装时的最小单位。在日本、韩国,单元被称为“BOX(盒子)”。

若干个单元(BOX)组合在一起(为合理利用空间,一般为叠放在一起), 就构成了一台充放电机。

由于锂离子电池的生产一般为规模化生产,产量较大,需要同时充放电的 电芯很多,从而使得一个后处理系统中需要使用的充放电机通道或单元(BOX) 的数量很大。从原理上说,一台充放电机可以由无数个单元(BOX)或通道组 成,但在国内较多采用手工操作的习惯影响下,一般一台充放电机的单元(BOX) 或通道数量并不大,一个后处理系统需要十几台、几十台甚至几百台充放电机; 但在日韩等一开始就使用自动化设备的国家,充放电机的计数单位往往是“套 (SET)”,一套充放电机的组成单元(BOX)或通道数量非常大。

②检测

锂离子电芯的检测从检测阶段而言,在充电、放电、静置前后均要进行; 从检测的仪器看,主要由充放电机及专用的检测设备来进行检测。

电芯在充电及放电时,充放电机不但对电芯进行充放电,也会记录充放电 的相关数据和曲线图表,如电流、电压、时间等等,以作为计算电芯电容量及评价电芯是否合格、如何分类的依据。

在充放电之外,电芯静置前后,电芯还要接受专门的开路电压/内阻 (OCV/IR)测试设备的检测,以测试电芯的电压和内阻。电压和内阻同样是评 判电芯合格及分选的指标。一般情况下,电芯内阻越低,性能越好,整体表现越 佳。

③静置

根据工艺的不同,静置又分为常温静置和高温静置,静置的时间也根据工艺 的需要而有长有短,在静置阶段,电芯处于自放电状态,测试静置前后电芯的电 压和内阻,可以更准确地了解电芯的质量。

电芯的静置一般需要单独设立符合环境条件的静置仓库。

④分选

分选,又叫分档,就是对化成、分容好的电池按一定标准进行分类选择, 又叫等级分选。

除需要区分合格与不合格品之外,锂离子电池在应用过程中,经常是多节 电芯的并联、串联或两者结合,选取性能接近的电芯,有助于电池整体性能的最 大发挥,如根据放电容量或根据放电曲线进行分类,对单体电芯而言,可以区分 电池品质,剔除不良品,满足出货要求;对组合电芯而言,主要是为了配组的一 致性,将电池性能相近的分成一类组装成电池组,减少“木桶效应”对电池组产 生的不良影响,保证电池能良好地运行。因此分选在锂离子电池的生产中非常重 要。

⑤出货前充电

合格的电芯在出货后,到被消费者使用前,还要经过一定的时间间隔。这 段时间内,环境与静置时差不多,电芯会不断地自放电,如果出货时电芯处于放 电完成的状态(通俗地说,就是电池是空的,没有电),那么电芯很可能在这段 间隔中,形成过放,从而损害电池的性能、质量或寿命,甚至损毁。为了防止这 种情况发生,电芯在出货前,一般都会充一部分电。

(3)锂离子电池生产线后处理系统的组成部分


后处理系统主要由充、放电设备(充电机、放电机、充放电机)、电压/内 阻测试设备、不良品排除设备、分选设备、自动化物流设备及相应的系统整体控 制软件等组成。
锂离子电池生产线后处理系统的组成部分

上述设备中,充、放电设备(充电机、放电机、充放电机)、电压/内阻测 试设备、不良品排除设备、分选设备,均为工艺流程需要的必备设备。

自动化物流线并非锂离子电池生产线后处理系统的必要工序,但随着锂离 子电池的不断平台彩票app以及对锂离子电池需求量的不断扩大,自动化物流设备正显示 出越来越大的优势。自动化物流不但节约人力成本,而且对人员操作有较大限制 的高度、重量、温度、速度等,都大幅放宽,可以有效节约土地、厂房、设备等 方面的投资,同时,自动化生产还能减少人为失误,提高效率,提升后处理系统 的整体运行效率。

后处理环节的化成、分容、检测、分选及自动化物流设备对制造一致性高、 稳定性好、性能优异的锂电电芯及电池组起着至关重要的作用。通过对化成、分 容、检测、分选设备的实时监控与追溯,可以随时了解生产线动态,也可快速找 出问题产品的原因所在,从而提高生产效率,提高产品优良率,提升锂离子电池的整体性能。

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