Вакуумные технологии в производстве литий-ионных батарей ( Часть 1 ) 

Прочитайте эту главу в учебнике для чтения художественной литературы.

Почитайте

Погрузитесь в мир чтения с помощью книги для самостоятельного изучения.

В связи с быстрым развитием электромобилей, систем хранения энергии и индустрии потребительской электроники, литиевые батареи стали одним из важнейших энергоносителей в современных промышленных системах. От смартфонов до электромобилей, для производства каждой литиевой батареи требуется выполнение десятков точных процессов. Однако многие не осознают, что вакуумная технология играет решающую роль на этих сложных этапах производства. Поскольку к литиевым батареям предъявляются чрезвычайно строгие требования в отношении влажности, газообразных примесей и чистоты окружающей среды, вакуумная технология пронизывает практически весь производственный процесс, от обработки сырья до изготовления электродов. Она не только влияет на качество продукции и эффективность производства, но и напрямую влияет на производительность, безопасность и срок службы батареи. В этой статье мы сосредоточимся на типичных применениях вакуума на начальных этапах производства литиевых батарей.

I. Вакуумная сушка сырья – первый этап контроля качества продукции.

В процессе производства, транспортировки и хранения катодных и анодных материалов литий-ионных батарей неизбежно происходит поглощение влаги из воздуха. Влага является одним из наиболее важных примесей, которые необходимо контролировать в процессе производства литий-ионных батарей. Избыточное количество влаги, попадающей в батарею, может легко вызвать побочные реакции с электролитом, приводящие к образованию газа и ухудшению характеристик батареи, а в тяжелых случаях — даже к угрозе безопасности. Поэтому перед запуском сырья в производство необходимо снизить остаточную влажность материалов до крайне низкого уровня с помощью вакуумной сушки.

В отличие от традиционной сушки горячим воздухом, вакуумная сушка использует среду низкого давления для снижения температуры кипения воды, что позволяет ей быстро испаряться при более низких температурах. Например, для кипения воды при стандартном атмосферном давлении необходимо нагреть её до 100 °C, тогда как в вакуумной среде с давлением около 100 Па она может быстро испариться при температуре около 30 °C. Этот метод не только значительно снижает энергопотребление, но и позволяет избежать воздействия высокотемпературного окисления на активность материала, тем самым лучше сохраняя его первоначальные свойства.

Для производителей литиевых батарей вакуумная сушка сырья является не только процессом предварительной обработки, но и важной основой для обеспечения стабильной работы последующих процессов, и поэтому стала отраслевым стандартом.

II. Вакуумная дегазация суспензии – важнейший процесс для обеспечения качества электрода.

В процессе производства электродов материалы положительного и отрицательного электродов не наносятся непосредственно на поверхность токосъемника. Вместо этого активные материалы, проводящие агенты и связующие вещества сначала смешиваются и перемешиваются по определенной формуле для получения однородной и стабильной суспензии. Однако, хотя высокоскоростное перемешивание обеспечивает равномерное смешивание, оно также вводит в суспензию большое количество воздуха, образуя множество мельчайших пузырьков. Если эти пузырьки не удалить вовремя, они вызовут локальные пустоты и неравномерную толщину во время последующих процессов нанесения покрытия, что повлияет на однородность электрода и емкость батареи. Кроме того, остаточные пузырьки могут препятствовать переносу ионов лития и постепенно расширяться во время циклической работы батареи, что приводит к расслоению или даже отслоению электрода. Для решения этой проблемы в литиевой аккумуляторной промышленности обычно используется технология вакуумной дегазации. За счет снижения давления окружающей среды растворенный в суспензии воздух быстро расширяется и выходит, обеспечивая разделение газа и жидкости. В некоторых установках также используется технология центробежной дегазации для дальнейшего повышения эффективности и результативности дегазации.

Шлам после вакуумной дегазации обладает лучшей однородностью и стабильностью, что обеспечивает надежную гарантию для последующего нанесения высококачественного покрытия. Поэтому вакуумная дегазация стала стандартным процессом на основных линиях производства литиевых батарей.