લિથિયમ બેટરી ઉત્પાદનમાં ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયા

ઇથિયમ-આયન બેટરીમાં એપ્લિકેશનની વિશાળ શ્રેણી હોય છે. એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોના વર્ગીકરણ મુજબ, તેને ઊર્જા સંગ્રહ માટે બેટરી, પાવર બેટરી અને ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે બેટરીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

• ઊર્જા સંગ્રહ માટેની બેટરીમાં સંચાર ઊર્જા સંગ્રહ, વીજળી ઊર્જા સંગ્રહ, વિતરિત ઊર્જા પ્રણાલીઓ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે;
• પાવર બેટરીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પાવર ક્ષેત્રમાં થાય છે, જે નવા ઉર્જા વાહનો, ઇલેક્ટ્રિક ફોર્કલિફ્ટ વગેરે સહિત બજારને સેવા આપે છે;
• કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટેની બેટરી ગ્રાહક અને ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રને આવરી લે છે, જેમાં સ્માર્ટ મીટરિંગ, ઇન્ટેલિજન્ટ સિક્યુરિટી, ઇન્ટેલિજન્ટ ટ્રાન્સપોર્ટેશન, ઇન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

લિથિયમ-આયન બેટરી એક જટિલ સિસ્ટમ છે, જે મુખ્યત્વે એનોડ, કેથોડ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ, વિભાજક, વર્તમાન કલેક્ટર, બાઈન્ડર, વાહક એજન્ટ અને તેથી વધુથી બનેલી છે, જેમાં એનોડ અને કેથોડની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા, લિથિયમ આયન વહન અને ઇલેક્ટ્રોનિક વહન, તેમજ ગરમી પ્રસાર સહિતની પ્રતિક્રિયાઓ શામેલ છે.

લિથિયમ બેટરીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં લાંબી છે, અને આ પ્રક્રિયામાં 50 થી વધુ પ્રક્રિયાઓ સામેલ છે.

લિથિયમ બેટરીઓને ફોર્મ અનુસાર નળાકાર બેટરી, ચોરસ એલ્યુમિનિયમ શેલ બેટરી, પાઉચ બેટરી અને બ્લેડ બેટરીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. તેમની ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં કેટલાક તફાવતો છે, પરંતુ એકંદરે લિથિયમ બેટરી ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયા (ઇલેક્ટ્રોડ ઉત્પાદન), મધ્યમ-તબક્કાની પ્રક્રિયા (કોષ સંશ્લેષણ) અને બેક-એન્ડ પ્રક્રિયા (રચના અને પેકેજિંગ) માં વિભાજિત કરી શકાય છે.

આ લેખમાં લિથિયમ બેટરી ઉત્પાદનની ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયા રજૂ કરવામાં આવશે.

ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયાનો ઉત્પાદન ધ્યેય ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ અને કેથોડ) નું ઉત્પાદન પૂર્ણ કરવાનો છે. તેની મુખ્ય પ્રક્રિયામાં શામેલ છે: સ્લરી/મિક્સિંગ, કોટિંગ, કેલેન્ડરિંગ, સ્લિટિંગ અને ડાઇ કટીંગ.

સ્લરી/મિશ્રણ

સ્લરી/મિશ્રણ એટલે એનોડ અને કેથોડના ઘન બેટરી પદાર્થોને સમાન રીતે મિશ્રિત કરવા અને પછી સ્લરી બનાવવા માટે દ્રાવક ઉમેરવા. સ્લરી મિશ્રણ એ લાઇનના આગળના છેડાનો પ્રારંભિક બિંદુ છે, અને તે અનુગામી કોટિંગ, કેલેન્ડરિંગ અને અન્ય પ્રક્રિયાઓ પૂર્ણ થવાની શરૂઆત છે.

લિથિયમ બેટરી સ્લરી પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ સ્લરી અને નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ સ્લરીમાં વિભાજિત થાય છે. સક્રિય પદાર્થો, વાહક કાર્બન, જાડું કરનાર, બાઈન્ડર, એડિટિવ, દ્રાવક, વગેરેને મિક્સરમાં પ્રમાણમાં મૂકો, મિશ્રણ કરીને, કોટિંગ માટે ઘન-પ્રવાહી સસ્પેન્શન સ્લરીનું એકસમાન વિક્ષેપ મેળવો.

ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા મિશ્રણ એ અનુગામી પ્રક્રિયાના ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા પૂર્ણતા માટેનો આધાર છે, જે બેટરીના સલામતી પ્રદર્શન અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શનને પ્રત્યક્ષ કે પરોક્ષ રીતે અસર કરશે.

કોટિંગ

કોટિંગ એ એલ્યુમિનિયમ અને કોપર ફોઇલ પર અનુક્રમે હકારાત્મક સક્રિય સામગ્રી અને નકારાત્મક સક્રિય સામગ્રીને કોટિંગ કરવાની પ્રક્રિયા છે, અને તેમને વાહક એજન્ટો અને બાઈન્ડર સાથે જોડીને ઇલેક્ટ્રોડ શીટ બનાવે છે. ત્યારબાદ દ્રાવકોને ઓવનમાં સૂકવીને દૂર કરવામાં આવે છે જેથી ઘન પદાર્થ સબસ્ટ્રેટ સાથે જોડાઈને હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ શીટ કોઇલ બનાવે છે.

કેથોડ અને એનોડ કોટિંગ

કેથોડ સામગ્રી: ત્રણ પ્રકારની સામગ્રી છે: લેમિનેટેડ માળખું, સ્પાઇનલ માળખું અને ઓલિવાઇન માળખું, જે અનુક્રમે ત્રિકોણીય પદાર્થો (અને લિથિયમ કોબાલ્ટેટ), લિથિયમ મેંગેનેટ (LiMn2O4) અને લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ (LiFePO4) ને અનુરૂપ છે.

એનોડ સામગ્રી: હાલમાં, વાણિજ્યિક લિથિયમ-આયન બેટરીમાં વપરાતા એનોડ સામગ્રીમાં મુખ્યત્વે કાર્બન સામગ્રી અને બિન-કાર્બન સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે. તેમાં, કાર્બન સામગ્રીમાં ગ્રેફાઇટ એનોડનો સમાવેશ થાય છે, જે હાલમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે, અને અવ્યવસ્થિત કાર્બન એનોડ, સખત કાર્બન, નરમ કાર્બન, વગેરે; બિન-કાર્બન સામગ્રીમાં સિલિકોન-આધારિત એનોડ, લિથિયમ ટાઇટેનેટ (LTO) વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયાની મુખ્ય કડી તરીકે, કોટિંગ પ્રક્રિયાની અમલીકરણ ગુણવત્તા ફિનિશ્ડ બેટરીની સુસંગતતા, સલામતી અને જીવન ચક્રને ગંભીર અસર કરે છે.

કેલેન્ડરિંગ

કોટેડ ઇલેક્ટ્રોડને રોલર દ્વારા વધુ સંકુચિત કરવામાં આવે છે, જેથી સક્રિય પદાર્થ અને કલેક્ટર એકબીજાના નજીકના સંપર્કમાં રહે, ઇલેક્ટ્રોનની ગતિશીલતાનું અંતર ઘટાડે, ઇલેક્ટ્રોડની જાડાઈ ઘટાડે, લોડિંગ ક્ષમતામાં વધારો કરે. તે જ સમયે, તે બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારને ઘટાડી શકે છે, વાહકતા વધારી શકે છે અને બેટરીના વોલ્યુમ ઉપયોગ દરમાં સુધારો કરી શકે છે જેથી બેટરીની ક્ષમતામાં વધારો થાય.

કેલેન્ડરિંગ પ્રક્રિયા પછી ઇલેક્ટ્રોડની સપાટતા અનુગામી સ્લિટિંગ પ્રક્રિયાની અસરને સીધી અસર કરશે. ઇલેક્ટ્રોડના સક્રિય પદાર્થની એકરૂપતા પણ પરોક્ષ રીતે કોષના પ્રદર્શનને અસર કરશે.

સ્લિટિંગ

સ્લિટિંગ એ પહોળા ઇલેક્ટ્રોડ કોઇલને જરૂરી પહોળાઈના સાંકડા ટુકડાઓમાં સતત રેખાંશિક કાપવાની પ્રક્રિયા છે. સ્લિટિંગમાં, ઇલેક્ટ્રોડ શીયર એક્શનનો સામનો કરે છે અને તૂટી જાય છે. સ્લિટિંગ પછી ધારની સપાટતા (કોઈ બર અને ફ્લેક્સિંગ નહીં) કામગીરીની તપાસ કરવાની ચાવી છે.

ઇલેક્ટ્રોડ બનાવવાની પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોડ ટેબને વેલ્ડીંગ કરવું, રક્ષણાત્મક એડહેસિવ પેપર લગાવવું, ઇલેક્ટ્રોડ ટેબને વીંટાળવું અને લેસરનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોડ ટેબને કાપવાનો સમાવેશ થાય છે જેથી અનુગામી વિન્ડિંગ પ્રક્રિયા માટે. ડાઇ-કટીંગ એ અનુગામી પ્રક્રિયા માટે કોટેડ ઇલેક્ટ્રોડને સ્ટેમ્પ અને આકાર આપવાનો છે.

લિથિયમ-આયન બેટરી સલામતી કામગીરી માટે ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓને કારણે, લિથિયમ બેટરી ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં સાધનોની ચોકસાઈ, સ્થિરતા અને ઓટોમેશનની ખૂબ માંગ છે.

લિથિયમ ઇલેક્ટ્રોડ માપન સાધનોમાં અગ્રણી તરીકે, ડાચેંગ પ્રિસિઝનએ લિથિયમ બેટરી ઉત્પાદનની ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોડ માપન માટે ઉત્પાદનોની શ્રેણી શરૂ કરી છે, જેમ કે X/β-રે એરિયલ ડેન્સિટી ગેજ, CDM જાડાઈ અને એરિયલ ડેન્સિટી ગેજ, લેસર જાડાઈ ગેજ વગેરે.

• સુપર એક્સ-રે એરિયલ ડેન્સિટી ગેજ

તે 1600 મીમીથી વધુ પહોળાઈના કોટિંગના માપન માટે અનુકૂળ છે, અલ્ટ્રા-હાઈ-સ્પીડ સ્કેનીંગને સપોર્ટ કરે છે, અને પાતળા વિસ્તારો, સ્ક્રેચ અને સિરામિક ધાર જેવી વિગતવાર સુવિધાઓ શોધી કાઢે છે. તે ક્લોઝ્ડ-લૂપ કોટિંગમાં મદદ કરી શકે છે.

•  એક્સ/β-રે એરિયલ ડેન્સિટી ગેજ

તેનો ઉપયોગ બેટરી ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ પ્રક્રિયા અને સેપરેટર સિરામિક કોટિંગ પ્રક્રિયામાં માપેલા પદાર્થના ક્ષેત્રીય ઘનતાના ઓનલાઇન પરીક્ષણ માટે થાય છે.

•  સીડીએમ જાડાઈ અને ક્ષેત્રીય ઘનતા ગેજ

તે કોટિંગ પ્રક્રિયામાં લાગુ કરી શકાય છે: ઇલેક્ટ્રોડ્સની વિગતવાર સુવિધાઓની ઓનલાઇન શોધ, જેમ કે ચૂકી ગયેલ કોટિંગ, સામગ્રીની અછત, સ્ક્રેચ, પાતળા વિસ્તારોની જાડાઈ રૂપરેખા, AT9 જાડાઈ શોધ, વગેરે;

•  મલ્ટી-ફ્રેમ સિંક્રનસ ટ્રેકિંગ માપન સિસ્ટમ

તેનો ઉપયોગ લિથિયમ બેટરીના કેથોડ અને એનોડના કોટિંગ પ્રક્રિયા માટે થાય છે. તે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર સિંક્રનસ ટ્રેકિંગ માપન કરવા માટે બહુવિધ સ્કેનિંગ ફ્રેમનો ઉપયોગ કરે છે. પાંચ-ફ્રેમ સિંક્રનસ ટ્રેકિંગ માપન સિસ્ટમ ભીની ફિલ્મ, નેટ કોટિંગ રકમ અને ઇલેક્ટ્રોડનું નિરીક્ષણ કરવામાં સક્ષમ છે.

•  લેસર જાડાઈ ગેજ

તેનો ઉપયોગ લિથિયમ બેટરીના કોટિંગ પ્રક્રિયા અથવા કેલેન્ડરિંગ પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોડ શોધવા માટે થાય છે.

• ઑફ-લાઇન જાડાઈ અને પરિમાણ ગેજ

તેનો ઉપયોગ લિથિયમ બેટરીના કોટિંગ પ્રક્રિયા અથવા કેલેન્ડરિંગ પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોડની જાડાઈ અને પરિમાણ શોધવા માટે થાય છે, જે કાર્યક્ષમતા અને સુસંગતતામાં સુધારો કરે છે.