Herstellungsprozess von Lipo-Batterien

Soft-Pouch-Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Sicherheit, Energiedichte und Designflexibilität häufig in tragbaren elektronischen Geräten eingesetzt. Der Herstellungsprozess umfasst mehrere kritische Schritte:

1. Materialvorbereitung

Zu den wichtigsten Materialien, die für die Batterieproduktion benötigt werden, gehören:

• Kathodenmaterialien: Wie Lithiumkobaltoxid (LiCoO₂), Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄) und andere Lithiumverbindungen.
• Anodenmaterialien: Typischerweise Graphit oder andere kohlenstoffbasierte Materialien.
• Separator: Eine dünne, poröse Polymermembran.
• Elektrolyt: Eine Lithium-Ionen-leitfähige Lösung.

Die Materialauswahl ist entscheidend für die Leistung und Sicherheit der Batterie.

2. Elektrodenvorbereitung

• Schlammaufbereitung: Aktive Materialien, Leitmittel und Bindemittel werden gleichmäßig verteilt, um eine einheitliche, stabile Masse zu erzeugen. Die Konsistenz der Masse ist entscheidend für die Gleichmäßigkeit der Batterie während der Produktion.
• Beschichtung: Die Kathodenaufschlämmung wird auf Aluminiumfolie und die Anodenaufschlämmung auf Kupferfolie aufgetragen. Dicke und Trocknungstemperatur werden streng kontrolliert, um Qualität und Konsistenz zu gewährleisten.
• Rollen: Die beschichteten Elektroden werden mithilfe von Walzen komprimiert, um ihre Dichte und Festigkeit zu verbessern.
• Schneiden und Trocknen: Die gerollten Elektroden werden auf die erforderliche Größe zugeschnitten und getrocknet, um Lösungsmittel und Feuchtigkeit zu entfernen.

3. Separatorvorbereitung

Der Separator ist eine kritische Komponente, die die Bewegung der Lithiumionen ermöglicht und gleichzeitig den Elektronenfluss verhindert. Er muss über ausreichende mechanische Festigkeit und chemische Stabilität verfügen, um die Sicherheit und Leistung der Batterie zu gewährleisten.

4. Elektrodenschneiden und -stapeln

Die trockenen Kathoden- und Anodenelektroden sowie der Separator werden nacheinander gestapelt und bilden die Grundstruktur der Zelle. Präzise Ausrichtung und Positionierung sind für die strukturelle Integrität und Leistung der Batterie unerlässlich.

5. Batteriemontage

• Zellformung: Die Abmessungen der Zelle werden nach Kundenwunsch gestaltet und die Aluminium-Kunststoff-Folie in Form gegossen.
• Obere und seitliche Versiegelung: Die gewickelte Zelle wird in eine vorbereitete Form gelegt und die Verpackungsfolie wird darübergefaltet, um die Oberseite und die Seiten abzudichten und die Anschlussleitungen zu sichern.
• Flüssigkeitseinspritzung und Vorversiegelung: Nach dem Versiegeln wird die Zelle auf Ausrichtung geprüft und jegliche Feuchtigkeit entfernt, bevor der Elektrolyt eingespritzt und vorversiegelt wird.

6. Bildung und Aktivierung

• Ausruhen: Der eingespritzte Elektrolyt kann vollständig in die Elektroden eindringen.
• Bildung: Die Batterie wird zum ersten Mal geladen, um die Zelle zu aktivieren. Dabei bildet sich eine stabile Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) an den Elektroden. Während dieses Prozesses entsteht Gas. Einige Hersteller verwenden daher Vorrichtungen, um das Gas in dafür vorgesehene Beutel zu leiten.
• Vorrichtungsformung: Nach der Formierung werden die Elektrodenschnittstellen optimiert und die Formgebung der Vorrichtung stellt sicher, dass die Batterie ihre richtige Form und Abmessungen behält.

7. Sekundärversiegelung und Formgebung

• Sekundärversiegelung: Mittels Vakuum werden verbleibendes Gas und ein Teil des Elektrolyten aus dem Beutel entfernt. Anschließend erfolgt ein zweiter Versiegelungsvorgang. Anschließend wird der Gasbeutel zugeschnitten, und die Zelle erhält ihre endgültige Form.
• Kantenbeschneiden und Falten: Die Kanten der ersten und zweiten Versiegelung werden auf die richtige Breite zugeschnitten und gefaltet, um sicherzustellen, dass die Batterie die Maßspezifikationen erfüllt.

8. Prüfen und Sortieren

Jede Zelle wird einer Reihe von Tests unterzogen, darunter Kapazitäts-, Innenwiderstands- und Leckstromprüfungen, um sicherzustellen, dass sie den Qualitätsstandards entspricht. Zellen, die die Kriterien nicht erfüllen, werden aussortiert, um die Qualität und Konsistenz des Produkts zu gewährleisten.

9. Verpackung und Endprüfung

Qualifizierte Zellen werden in ihre endgültige Form verpackt und einer letzten Testrunde unterzogen. Dazu gehören eine Prüfung des Aussehens, Spannungstests und Kapazitätsprüfungen, um sicherzustellen, dass das Produkt den Kundenanforderungen entspricht.

Qualitätsstandards für Soft-Pouch-Lithium-Ionen-Batterien

1. Verpackung und Etikettierung: Die Batterieverpackung muss unbeschädigt sein. Die aufgedruckten Informationen (Marke, Modell, Kapazität, Spannung, Produktionsdatum) müssen korrekt und deutlich sein. Die Versiegelung muss dicht und ohne Lücken sein.
2. Integrität des Erscheinungsbilds: Die Oberfläche der Batterie sollte frei von Kratzern, Dellen, Verformungen, Flecken oder Rost sein. Die Anschlussleitungen sollten flach, ohne Knicke, Brüche oder Oxidation sein. Die Aluminium-Kunststoff-Folie sollte frei von Beschädigungen, Falten oder Blasen sein.
3. Kapazität: Die tatsächliche Kapazität sollte nahe an der Nennkapazität liegen, wobei ein höheres Verhältnis eine bessere Leistung anzeigt.
4. Innenwiderstand: Ein niedriger Innenwiderstand ist entscheidend, um einen minimalen Energieverlust während der Lade-/Entladezyklen und eine hohe Energieeffizienz sicherzustellen.
5. Lade- und Entladeleistung: Der Akku sollte innerhalb einer angemessenen Zeit vollständig aufgeladen werden, ohne dass es zu übermäßiger Erwärmung, Rauchentwicklung oder Schwellung kommt. Während der Entladung sollte die Spannung nicht zu schnell abfallen und der Strom stabil bleiben.
6. Zykluslebensdauer: Nach mehreren Lade-/Entladezyklen sollten Kapazitätserhalt und Leistungsabfall der Batterie in akzeptablen Grenzen bleiben. Bei Verbraucherbatterien sollte die Zyklenlebensdauer ≥800 Zyklen betragen, mit einer Kapazitätserhaltrate von ≥80 %.
7. Sicherheit: Die Batterie sollte über einen wirksamen Überladeschutz, Tiefentladeschutz und Kurzschlussschutz verfügen. Sie sollte bei hohen Temperaturen stabil bleiben, ohne sich zu verformen oder aufzuquellen.

Der Herstellungsprozess von Soft-Pouch-Lithium-Ionen-Batterien erfordert eine präzise Kontrolle in jedem Schritt, um optimale Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.