عملية تصنيع بطارية الليثيوم بوليمر

تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون ذات الأكياس الناعمة على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة نظرًا لسلامتها العالية وكثافة طاقتها ومرونة تصميمها. تتضمن عملية التصنيع عدة خطوات أساسية:

1. إعداد المواد

تشمل المواد الأساسية المطلوبة لإنتاج البطاريات ما يلي:

• مواد الكاثود: مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO₂)، وفوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO₄)، ومركبات الليثيوم الأخرى.
• مواد الأنود:عادةً ما يكون من الجرافيت أو مواد أخرى تعتمد على الكربون.
• فاصل:غشاء بوليمري رقيق ومسامي.
• المنحل بالكهرباء: محلول موصل لأيونات الليثيوم.

يعد اختيار المواد أمراً حاسماً لأداء البطارية وسلامتها.

2. تحضير الأقطاب الكهربائية

• تحضير الملاط:تُوزّع المواد الفعالة، والمواد الموصلة، والمواد الرابطة بالتساوي لتكوين عجينة متجانسة ومستقرة. يُعدّ اتساق العجينة أساسيًا للحفاظ على تجانس البطارية أثناء الإنتاج.
• طلاء:يُطلى ملاط ​​الكاثود بورق ألومنيوم، وملاط الأنود بورق نحاس. يتم التحكم بدقة في السُمك ودرجة حرارة التجفيف لضمان الجودة والاتساق.
• التدحرج:يتم ضغط الأقطاب الكهربائية المطلية باستخدام بكرات لتحسين كثافتها وقوتها.
• القطع والتجفيف:يتم قطع الأقطاب الكهربائية المدلفنة إلى الحجم المطلوب وتجفيفها لإزالة المذيبات والرطوبة.

3. تحضير الفاصل

الفاصل مُكوّن أساسي يسمح بحركة أيونات الليثيوم مع منع تدفق الإلكترونات. يجب أن يتمتع بقوة ميكانيكية واستقرار كيميائي كافٍ لضمان سلامة البطارية وأدائها.

4. قطع الأقطاب الكهربائية وتكديسها

تُركّب أقطاب الكاثود والأنود الجافة، بالإضافة إلى الفاصل، بالتتابع لتشكيل الهيكل الأساسي للخلية. يُعدّ المحاذاة والتحديد الدقيقان أساسيين لضمان سلامة هيكل البطارية وأدائها.

5. تجميع البطارية

• تشكيل الخلايا:تم تصميم أبعاد الخلية وفقًا لمتطلبات العميل، وتم تشكيل الفيلم المصنوع من الألومنيوم والبلاستيك على النحو التالي.
• الختم العلوي والجانبي:يتم وضع الخلية الجرحية في قالب مُجهز، ويتم طي فيلم التغليف لإغلاق الجزء العلوي والجوانب، وتأمين أطراف التوصيل الطرفية.
• حقن السوائل والختم المسبق:بعد عملية الختم، يتم فحص الخلية للتأكد من محاذاتها، ويتم إزالة أي رطوبة قبل حقن الإلكتروليت وختمه مسبقًا.

6. التكوين والتفعيل

• الراحة:يُسمح للإلكتروليت المحقون بالتغلغل بشكل كامل في الأقطاب الكهربائية.
• تشكيل:تخضع البطارية لشحنتها الأولى لتنشيط الخلية، مُشكّلةً واجهة إلكتروليت صلبة مستقرة (SEI) على الأقطاب الكهربائية. يحدث إنتاج الغاز خلال هذه العملية، لذا يستخدم بعض المصنّعين تجهيزات لتوجيه الغاز إلى أكياس مُخصصة.
• تشكيل التركيبات:بعد التشكيل، يتم تحسين واجهات الأقطاب الكهربائية، ويضمن تشكيل التركيبات احتفاظ البطارية بشكلها وأبعادها الصحيحة.

7. الختم الثانوي والتشكيل

• الختم الثانوي:يُستخدم الفراغ لإزالة أي غاز متبقٍّ من الكيس وبعض الإلكتروليت، ثم تُجرى عملية إغلاق ثانية. بعد ذلك، يُقصّ كيس الغاز، وتأخذ الخلية شكلها النهائي.
• تشذيب الحواف والطي:يتم تقليم حواف الأختام الأولى والثانية إلى العرض الصحيح ويتم طيها للتأكد من أن البطارية تلبي المواصفات الأبعادية.

8. الاختبار والفرز

تخضع كل خلية لسلسلة من الاختبارات، تشمل السعة، والمقاومة الداخلية، وتيار التسرب، لضمان استيفائها لمعايير الجودة. يتم التخلص من الخلايا التي لا تستوفي المعايير للحفاظ على جودة المنتج وثباته.

9. التعبئة والاختبار النهائي

تُعبأ الخلايا المؤهلة في شكلها النهائي، وتخضع لجولة نهائية من الاختبارات. يشمل ذلك فحص المظهر، واختبار الجهد، وفحص السعة، للتأكد من أن المنتج يلبي متطلبات العميل.

معايير الجودة لبطاريات الليثيوم أيون ذات الأكياس الناعمة

1. التعبئة والتغليف والتسميةيجب أن تكون عبوة البطارية سليمة، خالية من أي ضرر، وأن تكون المعلومات المطبوعة (العلامة التجارية، الطراز، السعة، الجهد، تاريخ الإنتاج) دقيقة وواضحة. يجب أن يكون الختم محكمًا وخاليًا من أي فجوات.
2. سلامة المظهريجب أن يكون سطح البطارية خاليًا من الخدوش أو الانبعاجات أو التشوهات أو البقع أو الصدأ. يجب أن تكون أطراف التوصيل مسطحة، خالية من الانحناءات أو الكسور أو الأكسدة. يجب أن يكون الغشاء المصنوع من الألومنيوم والبلاستيك خاليًا من التلف أو التجاعيد أو الفقاعات.
3. سعة:يجب أن تكون السعة الفعلية قريبة من السعة المقدرة، حيث تشير النسبة الأعلى إلى أداء أفضل.
4. المقاومة الداخلية:تعتبر المقاومة الداخلية المنخفضة أمرًا بالغ الأهمية لضمان الحد الأدنى من فقدان الطاقة أثناء دورات الشحن/التفريغ وكفاءة الطاقة العالية.
5. أداء الشحن والتفريغيجب شحن البطارية بالكامل خلال فترة زمنية معقولة، دون ارتفاع درجة الحرارة أو دخان أو انتفاخ. أثناء التفريغ، يجب ألا ينخفض ​​الجهد بسرعة كبيرة، وأن يكون التيار ثابتًا.
6. دورة الحياةبعد دورات شحن/تفريغ متعددة، يجب أن يبقى معدل الاحتفاظ بسعة البطارية وتراجع أدائها ضمن الحدود المقبولة. بالنسبة لبطاريات المستهلك، يجب أن يكون عمر دورة الشحن ≥ 800 دورة، مع معدل احتفاظ بسعة ≥ 80%.
7. أمانيجب أن تتمتع البطارية بحماية فعّالة من الشحن الزائد والتفريغ الزائد والقصر الكهربائي. كما يجب أن تبقى ثابتة في درجات الحرارة العالية دون تشوّه أو انتفاخ.

تتضمن عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون ذات الأكياس الناعمة التحكم الدقيق في كل خطوة لضمان الأداء الأمثل والسلامة والموثوقية.