El blog sobre Explicación del proceso de fabricación de celdas de bolsa de iones de litio

Imagina un futuro donde los vehículos eléctricos, los teléfonos inteligentes y los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala dependan de baterías de iones de litio de alto rendimiento, seguras y fiables. Entre los diversos formatos de baterías, las celdas tipo bolsa están ganando una atención significativa debido a su alta densidad de energía y flexibilidad de diseño. Pero, ¿cómo se fabrican estas celdas tipo bolsa? ¿Qué equipos críticos intervienen en su producción? Este artículo ofrece una mirada en profundidad al proceso de fabricación de celdas tipo bolsa junto con una guía práctica para la selección de equipos.

La producción de celdas tipo bolsa de iones de litio se puede dividir en cuatro etapas principales: preparación de electrodos, ensamblaje de celdas, formación y sellado de la bolsa, y pruebas de la batería. Cada etapa requiere equipos precisos y un estricto control del proceso para garantizar la calidad y el rendimiento.

Los electrodos sirven como el "corazón" de las baterías de iones de litio, determinando parámetros de rendimiento críticos como la capacidad y la densidad de energía. El proceso de preparación de electrodos se asemeja a la creación de un "sándwich" de precisión, donde los materiales activos se recubren uniformemente sobre láminas metálicas (colectores de corriente).

• Calcinación: Los materiales activos de los electrodos positivos y negativos se someten a un tratamiento a alta temperatura en hornos de sinterización para mejorar la cristalinidad y el rendimiento electroquímico. Los materiales de cátodo comunes incluyen óxidos metálicos de litio como el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), el níquel manganeso cobalto (NMC) o el óxido de cobalto y litio (LCO). El grafito suele servir como material de ánodo.
• Molienda: Equipos de molienda especializados reducen los materiales calcinados a partículas de tamaño micrométrico, donde el tamaño y la uniformidad de las partículas impactan significativamente en la estabilidad de la suspensión y la calidad del recubrimiento.

• Mezcla: Los materiales activos, los aditivos conductores y los aglutinantes se combinan con disolventes en mezcladores de vacío para crear suspensiones homogéneas. Los aditivos conductores comunes incluyen negro de carbono y nanotubos de carbono, mientras que los aglutinantes suelen utilizar PVDF o SBR.
• Agitación: Los mezcladores especializados aseguran la dispersión completa de todos los componentes, con un estricto control sobre el tiempo, la velocidad y la temperatura de mezcla.

• Equipos de recubrimiento: Los recubridores de precisión aplican la suspensión uniformemente sobre láminas de aluminio (cátodo) o láminas de cobre (ánodo) como colectores de corriente. El grosor, la uniformidad y la consistencia del recubrimiento afectan directamente al rendimiento del electrodo. Los métodos de recubrimiento comunes incluyen cuchilla de doctor, ranura y recubrimiento por pulverización.

• Sistemas de secado: Los electrodos recubiertos pasan por hornos o sistemas de calentamiento para eliminar los disolventes, con temperatura y duración estrictamente controladas para evitar la degradación del material.

• Prensas de calandrado: Rodillos de alta presión comprimen los electrodos secos para mejorar la densidad y la resistencia mecánica, mejorando el rendimiento electroquímico a través de un mejor contacto del material.

• Elija mezcladores de alto vacío y alta eficiencia para la uniformidad de la suspensión
• Seleccione recubridores de precisión basados en los requisitos del producto
• Opte por prensas de calandrado con control de presión preciso y rodillos lisos

El ensamblaje de celdas implica apilar o enrollar electrodos positivos, electrodos negativos y separadores para formar la estructura central de la batería. El método de ensamblaje impacta significativamente en la resistencia interna y la vida útil.

• Corte: Las cortadoras de electrodos cortan los electrodos a las dimensiones requeridas con márgenes para las pestañas.
• Apilamiento: Las apiladoras automatizadas alternan electrodos positivos, separadores y electrodos negativos con una alineación precisa.
• Soldadura: Las soldadoras ultrasónicas unen las pestañas de los electrodos para crear colectores de corriente.
• Prueba de cortocircuito: Los probadores especializados identifican posibles cortocircuitos internos.
• Secado: Los hornos de vacío eliminan la humedad residual.

• Corte: Las cortadoras de precisión cortan las láminas de electrodos a los anchos requeridos.
• Enrollado: Las enrolladoras automatizadas enrollan sándwiches de electrodo-separador con tensión controlada.
• Soldadura y pruebas: Siguen procesos similares a los del método de apilamiento.

• Elija máquinas de apilamiento o enrollado de alta precisión y estables
• Seleccione soldadoras ultrasónicas con parámetros ajustables
• Opte por hornos de vacío con control de temperatura preciso

Esta etapa implica encapsular la celda en una película laminada de aluminio y sellarla para formar una batería completa, con la calidad del sellado que afecta directamente a la seguridad y la vida útil.

1. Formación de la bolsa: Prensas especializadas crean cavidades y bolsas de gas en las películas laminadas.
2. Sellado térmico: Selladoras de precisión unen capas laminadas bajo temperatura/presión controladas.
3. Llenado de electrolito: Los sistemas automatizados inyectan electrolito en entornos controlados.
4. Sellado al vacío: El equipo elimina el aire interno antes del sellado final.
5. Formación: Los cargadores especializados activan los materiales de la celda.
6. Eliminación de bolsas de gas: El sellado final completa el proceso.

• Seleccione máquinas de formación de bolsas de alta precisión
• Elija selladoras térmicas con distribución uniforme de la presión
• Opte por sistemas de llenado de electrolito de precisión
• Seleccione máquinas de sellado al vacío de alto vacío
• Elija equipos de formación multicanal

Las pruebas exhaustivas evalúan la capacidad, la resistencia interna, la vida útil y el cumplimiento de la seguridad.

• Pruebas de rendimiento: Los probadores multicanal evalúan la capacidad y las características de carga/descarga.
• Resistencia interna: Los analizadores de impedancia de precisión miden la resistencia de la celda.
• Pruebas de seguridad: Las evaluaciones incluyen pruebas de sobrecarga, cortocircuito y abuso mecánico.

• Elija probadores multicanal de alta precisión
• Seleccione analizadores de impedancia de amplia frecuencia

La fabricación de celdas tipo bolsa de iones de litio representa un desafío de ingeniería complejo y de precisión que requiere equipos avanzados y un riguroso control del proceso. Esta guía ha detallado el flujo de trabajo de fabricación al tiempo que proporciona consejos prácticos para la selección de equipos para apoyar la producción de celdas tipo bolsa de alta calidad. La selección adecuada de equipos sigue siendo fundamental para lograr un rendimiento y una fiabilidad óptimos de la batería.