Technologieën voor het stapelen van lithium-ionbatterijen

De technologie voor het stapelen van lithium-ionbatterijen is een cruciaal proces in de celproductie en heeft een directe impact op de prestaties, veiligheid en productie-efficiëntie. Bij TOB NEW ENERGY zijn we gespecialiseerd in het leveren van kant-en-klare oplossingen voor batterijproductielijnen en geavanceerde apparatuur, speciaal ontworpen om deze geavanceerde processen te optimaliseren. Momenteel domineren vier belangrijke stapeltechnologieën de industrie: Z-vouwen, Cut & Stack Integration, Thermal Lamination Stacking en Stack & Folding (LG's eigen methode). Hoewel Z-vouwen en Cut & Stack Integration (in wezen een verbeterd Z-type) veel worden toegepast in China, biedt Thermal Lamination superieure snelheid en kwaliteit met een hogere complexiteit. Internationaal maakt LG Energy Solution gebruik van de zeer efficiënte, gepatenteerde Stack & Folding-methode.

Tabel: Vergelijking van de belangrijkste stapeltechnologieën (Stack & Folding is een LG-patent)

Gedetailleerde analyse van technologieën voor het stapelen van lithium-ionbatterijen

Z-vouwtechnologie

• De meest gebruikte methode is een verplaatsbare tafel die de separator heen en weer (in een Z-vorm) tussen platforms trekt, waarbij afwisselend anode- en kathodeplaten worden gestapeld. Hoewel deze methode succesvol is, kent hij inherente uitdagingen:
• Separatordeformatie: De oscillerende beweging creëert asymmetrische spanning, wat leidt tot inconsistente rek, vervorming en veranderingen in porositeit, poriegrootte en oppervlakte – wat uiteindelijk de celkwaliteit in gevaar brengt. Ontdek onze op maat gemaakte oplossingen voor batterijapparatuur ontworpen om dergelijke procesuitdagingen te verzachten.
• Beperkte efficiëntie: De noodzaak om de separator voor elke elektrodeplaatsing te zwaaien, beperkt de snelheid. Typische snelheden zijn 0,5 s/stuk/station. Voor een cel met 30 lagen betekent dit 15 seconden per cel, of slechts 4 cellen per minuut (4 ppm). Dit knelpunt belemmert de productie van grote volumes.

Cut & Stack-integratietechnologie

• Deze ontwikkeling van Z-vouwen integreert stansen/lasersnijden, Z-vouwen en liplassen/-persen in één machine. Het is een belangrijke trend in de industrie vanwege de verbeterde opbrengst en snelheid.
• Verbeterde opbrengst: Door processen te combineren, wordt de elektrodehantering en -overdracht tussen stations geminimaliseerd, waardoor risico's zoals schade, bramen, gebogen lipjes en misfeeds tijdens het pick-and-place proces vanuit cassettes aanzienlijk worden verminderd. Ontdek onze geïntegreerde batterijpilotlijnoplossingen die gebruikmaken van deze efficiënte technologie.
• Hogere snelheid: Elektroden en separator worden gelijktijdig aangevoerd en gevouwen. Nadat het ingestelde aantal is bereikt, wordt de separator gesneden, worden de lipjes gelast en wordt de stapel geperst. Toppers zoals Hangke (Hefei) bereiken snelheden tot 800 ppm (0,075 s/stuk), terwijl Hymson 0,15 s/stuk (3-stations) rapporteert.

Thermische laminatiestapeltechnologie

• Dit geavanceerde proces voedt tegelijkertijd de kathoderol, anoderol en de met lijm beklede separator. De elektroden worden in-line gesneden. De gecombineerde strip gaat een verwarmingssysteem in, ondergaat thermische laminering en kalandering, wordt in individuele eenheden ("Bi-cellen") gesneden en mechanisch gestapeld. De stapel wordt ten slotte warmgeperst.
• Belangrijkste voordelen: Continue, unidirectionele toevoer zorgt voor een stabiele spanning en snelheid, waardoor de problemen met separatorvervorming die optreden bij Z-vouwen worden geëlimineerd. Dit resulteert in een superieure stapelvlakheid, consistente separatoreigenschappen (mechanische sterkte, porositeit) en optimale elektrode-separatorinterfaces, wat leidt tot cellen van hogere kwaliteit, met name voor grootformaat toepassingen met een hoge energiedichtheid. Hoewel technisch complex (met lamineren, nauwkeurig snijden en uitdagingen bij het later vullen van elektrolyt), is de geïntegreerde aanpak (combinatie van vormen, stapelen en persen) ruimtebesparend en zeer productief. Voor geavanceerde toepassingen zoals vaste-stofbatterijen of droge elektrodetechnologie zijn robuuste stapeloplossingen cruciaal.

Stapel- en vouwtechnologie (LG-patent)

• Deze gepatenteerde methode, ontwikkeld door LG Energy Solution (apparatuur van MANZ), omvat het snijden van elektroden, het plaatsen ervan op een separator via roterende tafels/vacuümklemmen, en het vervolgens vouwen/rollen van de assemblage om de elektroden onderling te verbinden. LG maakt gebruik van zijn gepatenteerde SRS (Safety Reinforced Separator) – een keramisch gecoate, warmtebehandelde separator die de mechanische sterkte en veiligheid verbetert door interne kortsluiting te voorkomen. Hoewel zeer efficiënt, wordt deze technologie beschermd door LG-patenten en is deze niet commercieel beschikbaar voor andere fabrikanten. geavanceerde batterijmaterialen zoals gespecialiseerde scheiders? TOB NEW ENERGY biedt uitgebreide batterijmateriaal ondersteuning .

Toekomstige trends in lithium-ionbatterijstapeltechnologie

De stapeltechnologie blijft zich snel ontwikkelen:

• Opkomst van Cut & Stack-integratie: Omdat de dominante binnenlandse Z-vouwmethode te kampen heeft met beperkingen op het gebied van opbrengst en snelheid, wordt Cut & Stack-integratie de voorkeurskeuze in China. Het geïntegreerde ontwerp verhoogt de opbrengst en efficiëntie aanzienlijk.
• Onvermoeibare focus op snelheid: het overbruggen van de historische efficiëntiekloof ten opzichte van wikkelen is van cruciaal belang. Grote Chinese apparatuurfabrikanten richten zich intensief op het verhogen van de stapelsnelheid (PPM) om stapelen concurrerend te maken voor massaproductie in meer toepassingen. Het bereiken hiervan is essentieel voor een bredere acceptatie ten opzichte van wikkelen.

Optimaliseer uw stapelproces met TOB NEW ENERGY

Inzicht in de nuances van stapeltechnologieën is essentieel voor het selecteren van het juiste proces voor de prestatie-, veiligheids- en productiedoelstellingen van uw batterij. TOB NIEUW E NERGIE biedt ongeëvenaarde expertise en oplossingen:

• Op maat gemaakte stapelapparatuur: Wij bieden op maat gemaakte batterijstapelmachines (Z-type, Cut & Stack, Thermische laminering) ontworpen voor uw specifieke R&D-, pilot- of massaproductiebehoeften.
• Productielijnen van begin tot eind: Van laboratoriumschaal tot GWh-schaal fabrieken, wij leveren complete, kant-en-klare batterijproductielijnen met de optimale stapeltechnologie voor uw toepassing.
• Geavanceerde materiaalvoorziening: Wij leveren hoogwaardige scheidingsfolies, elektrodematerialen en kleefstoffen die essentieel zijn voor geavanceerde stapelprocessen via ons uitgebreide portfolio met batterijmaterialen.
• Geavanceerde technische ondersteuning: maak gebruik van onze diepgaande expertise op het gebied van de volgende generatie batterijtechnologieën (solid-state, natriumion, Li-S) om uw stapelproces en het algehele celontwerp te optimaliseren.

Contact TOB NIEUWE ENERGIE Neem vandaag nog contact met ons op om te bespreken hoe onze geïntegreerde batterijoplossingen de efficiëntie, opbrengst en uiteindelijke celkwaliteit van uw stapelproces kunnen verbeteren.