Литий-ионные АБ применяются в качестве автономного источника питания как для электронных устройств, так и для техники различного назначения. Они устанавливаются на электроскутерах, квадроциклах, моторных лодках, применяются в качестве тяговых АБ на электропогрузчиках, электромобилях и т. д. В производстве литиевых аккумуляторных батарей, в отличие от свинцово-кислотных аналогов, используются менее токсичные материалы, благодаря чему такая продукция менее вредна для человека и окружающей среды. Об особенностях изготовления Li-ion-АБ, об устройстве таких батарей пойдет речь ниже.
Как устроена литий-ионная АБ
Устройство АБ, получаемых по литиевой технологии, стандартно и включает в себя следующие компоненты:
- катод. Представляет собой алюминиевую основу, на которую в процессе производства наносятся соединения лития с железом, титаном или другими веществами в зависимости от конкретного типа АБ;
- анод. Это медная фольга, на которую нанесен мелкодисперсный синтетический углерод (графит). Анод одинаков для всех видов литиевых аккумуляторных батарей;
- сепаратор. Он имеет пористое строение, предназначен для разделения поверхностей анода и катода;
- электролит. Это жидкость, пропитывающая сепаратор. Она имеет функции проводника и обеспечивает значительный рабочий ток. При этом потеря напряжения и тепловыделение минимальны.
Перечисленные компоненты сворачиваются в определенную форму в соответствии с геометрией корпуса. Последний имеет вид цилиндра или призмы, изготовлен из полимера, алюминия или стали. После помещения в корпус к аноду и катоду присоединяются разъемы (токосъемники).
Преимущества литиевых аккумуляторных батарей
АБ, которые получают по такой технологии, отличаются:
- низкой себестоимостью;
- высокой плотностью энергии;
- значительным ресурсом;
- экологической безопасностью.
Этапы производства Li-ion-аккумуляторных батарей
Технология изготовления одинакова для всех литиевых АБ, независимо от их типа (титановый, железофосфатный и т. д.) и форм-фактора. Она включает в себя три основных этапа.
Изготовление электродов. Данный этап производства литиевых аккумуляторов состоит из нескольких последовательных процессов:
- приготовления активной смеси. Состав, который будет использоваться в производстве АБ, обжигается при температуре +1200 °С. Образовавшаяся монолитная масса размалывается до мелкодисперсного состояния и тщательно перемешивается;
- нанесения смеси на фольгу. Полученный состав наносится на основание. Катодный – на алюминиевую фольгу, анодный – на медную. Основание с нанесенной смесью обрабатывается в термопечи;
- резки и каландрирования. Рулоны фольги со смесью нарезают на ленты или листы и прокатывают. Прокатка (каландрирование) осуществляется на прецизионном прессе, в результате чего нанесенный слой становится более плотным и однородным по толщине;
- изготовления базовых электродов. Из листов или рулонов вырезаются электроды заданных размеров. Затем они сортируются по весу и укладываются в стопки через сепаратор. Полученные заготовки отправляются в сборочный цех.
Сборка литиевых АБ. Она включает в себя несколько операций. Это:
- соединение ультразвуковой сваркой отдельно катодных и анодных лепестков, проверка полученной конструкции на КЗ;
- формирование ядра аккумуляторной батареи, придание ему нужной формы с последующей сушкой в вакуумной печи и установкой в корпус;
- запечатывание корпуса и повторная сушка уже запечатанной конструкции.
Затем внутрь заливают электролит через отверстие для предохранительного клапана. Заливка проводится в атмосфере инертного газа. На отверстие устанавливают предохранительный клапан и проверяют герметичность. Завершающей операцией сборки является обертывание корпуса термоусадочной пленкой, после чего снаружи остаются только контакты для подключения.
Тестирование и зарядка АБ. На заключительном этапе проводится контроль качества продукции. Литиевые АБ проходят тестирование, при котором выявляются бракованные батареи, испытание малыми и большими силами тока. Определяются рабочие параметры АБ – емкость и сопротивление. Проводится первая зарядка, при которой формируются поверхности электродов. После того как аккумуляторная батарея прошла проверку, ее оформляют для складирования или отправки заказчику:
- наклеивают этикетку со штрихкодом;
- оформляют техническую документацию;
- упаковывают в транспортировочную тару.
Производство и испытания АБ российского производства проводятся согласно нормативным документам РФ – ГОСТ Р МЭК 62660-2020, 61960-3-2019, Р 59846-2021 и другим стандартам, установленным для данной продукции.
Особенности изготовления литий-ионных АБ различных видов
Хотя технология является стандартной для всех литиевых АБ, этап сборки электродов в единую батарею несколько различен для продукции различного форм-фактора.
- С цилиндрическим корпусом. К такой продукции относятся АБ 18650. Для их сборки листы катода и анода, разделенные сепаратором, нарезаются на ленты и скручиваются в рулон. В результате такой операции получают многослойную конструкцию, которую устанавливают в цилиндрическом корпусе. Чем тоньше электрод, тем больше будет слоев и, соответственно, выше емкость готовой аккумуляторной батареи.
- С призматическим корпусом. В таких АБ установлены электроды прямоугольной формы. Они включают в себя пластинки катода и анода, разделенные сепаратором. При производстве электродов ленты не скручиваются, а нарезаются по заданным размерам, в соответствии с величиной корпуса. В некоторых призматических АБ сборка осуществляется в виде эллиптической спирали.
Многие модели оснащаются дополнительной защитой, как, например, предохранительный клапан для 18650. Литиевые АБ для электронной техники имеют контроллеры разряда-заряда, а также термисторы, отключающие нагрузку, если температура наружного воздуха увеличилась более заданного предела.
Литий-ионные АБ НЭТЕР
НЭТЕР представляет собой одно из ведущих предприятий по производству литий-ионных АБ в России. Компания постоянно работает над совершенствованием своей продукции и улучшением ее рабочих характеристик. Большой отдел инжиниринга R&D НЭТЕР занимается разработкой и проектированием новых изделий, тестирует опытные образцы и продукцию, которая выпускается на своем заводе по производству АБ. Отдел стандартов менеджмента следит за тем, чтобы изготавливаемые литиевые аккумуляторные батареи соответствовали требованиям ГОСТ и других нормативных документов. По качеству продукция НЭТЕР не уступает зарубежным аналогам, но имеет более доступную цену.
