Технология производства литий─ионных аккумуляторов

К нам почту приходило довольно много вопросов о том, как производятся литий─ионные аккумуляторы. Сегодня постараемся рассмотреть этот вопрос подробнее. Поскольку литиевые аккумуляторы выпускаются различных форм-факторов и характеристик, производство и технология их производства существенно отличаются. В этой статье мы расскажем о производстве наиболее распространённых Li─Ion аккумуляторах, а также сделаем обзор производителей литиевых АКБ.

Производство литий─ионных аккумуляторов

В общем случае производство Li─Ion аккумуляторов можно разделить на следующие этапы:

• Производство электродов;
• Сборка электродов в батарею, установка защиты;
• упаковка в корпус, заливка электролита;
• Тестирование, заряд.

Намотка алюминиевой фольги с литийсодержащим материалом в рулон

Что касается сборки электродов в единую батарею, здесь есть различия для разных типов Li─Ion аккумуляторов. При производстве цилиндрических литий─ионных аккумуляторов (например, 18650) используется скручивание электродов в рулон. При этом они разделяются сепаратором. То есть, подготовленные ленты катода и анода разделяются сепаратором и наматываются в рулон. Чем меньше толщина электродов, тем более ёмкий и мощный можно собрать аккумулятор. Вся сборка помещается в стальной или алюминиевый корпус, заливается электролитом и герметично запечатывается. Снаружи остаются только выводы плюс и минус.

В призматических литий─ионных аккумуляторах используются прямоугольные электроды, которые укладываются друг на друга через сепараторы. Конструкция в этом случае получается такой же, как в случае свинцово-кислотных аккумуляторов для автомобилей. В этом случае производство электродов немного отличается от тех, что используются в цилиндрических моделях. Сначала также изготавливаются ленты катода и анода, а затем из них вырубаются прямоугольные пластины.

Электроды для призматических литий─ионных аккумуляторов

В некоторых призматических литий─ионных аккумуляторах используется сборка электродов в виде эллиптической спирали. Такую конструкцию могут иметь литиевые батарейки для аккумуляторов телефонов.

После сборки, заливки электролита и герметизации проводится тестирование, при котором выявляется производственный брак. После этого проводится первый заряд аккумулятора, во время которого происходит формирование поверхности электродов. В качестве сепаратора используется полиэтиленовый сепаратор. При температуре 130─150 градусов он плавится и тем самым прекращает обмен ионами между катодом и анодом. Это определённая защита при перегреве литиевого аккумулятора.

Кроме того, при производстве Li─Ion аккумуляторов на определённые модели устанавливаются дополнительные виды защиты. Например, цилиндрические аккумуляторы 18650 имеют в торце корпуса специальный клапан. Он открывается, когда давление внутри превышает определённый предел.

На все литий─ионные аккумуляторы, используемые в электронике, ставятся контроллеры заряда-разряда. Они предохраняют банку от глубокого разряда и излишнего заряда. Кроме того, часто устанавливается термистор, который размыкает цепь и отключает банку от внешнего мира при увеличении температуры выше определённого предела.

Контроллер заряда-разряда литиевых аккумуляторов

Производители литий─ионных аккумуляторов

За границей производство Li─Ion батарей очень развито. Многие крупные компании выпускают литиевые аккумуляторы. В качестве примера можно привести следующие:

• Altair Nanotechnologies. Фирма занимается производством материала для анода Li─Ion батарей из титаната лития. В продуктовой линейке Altair Nanotechnologies есть аккумуляторные системы для электроэнергетики, транспортных средств и источников бесперебойного питания. Такие компании из Южной Кореи, как Eig Ltd и Kokam занимаются выпуском для Altair аккумуляторных ячеек;
• A123 Systems. Компания занимается производством аккумуляторных ячеек и модулей. На их основе делаются аккумуляторы для ТС, сферы электроэнергетики. В производстве литий-железо-фосфатных АКБ компания использует собственную технологию Nanophosphate. Аккумуляторы выпускаются как цилиндрического, так и призматического форм-факторов;
• Ener1 Battery Company. Компания занимается выпуском Li─Ion аккумуляторных систем для транспортных средств, потребительской электроники и сферы энергетики. Производство размещено в США и Южной Корее;
• Samsung SDI. Основное производство фирмы ориентировано на выпуск аккумуляторов для электроники. Также выпускаются аккумуляторы для энергетических систем. Компания самостоятельно выпускает литий-железо-фосфатные ячейки ёмкостью 50 Ач, которые используются в распределительных сетях;
• Saft Batteries. Выпускает накопители Intensium Max, которые созданы на базе Li─Ion аккумуляторов собственного производства. Они применяются для поддержания функционирования возобновляемых источников энергии. В основу аккумуляторных батарей компании положены аккумуляторные ячейки VL41M цилиндрической формы. Катод делается на основе никелевого оксида. Из нескольких VL41M формируют аккумуляторный модуль, который используется в различных системах;
• Dow Kokam. Эта фирма является совместным предприятием Южной Кореи и США. Они выпускают аккумуляторные системы, модули, ячейки Li─Pol. Их продукция используется в промышленности, транспортных средствах, ИБП, военной сфере. У фирмы есть свои производственные мощности в Южной Корее, Франции, США;
• BYD. Эта китайская компания занимается выпуском автомобилей, электротранспорта, солнечных батарей, инверторов, а также литий─ионных аккумуляторов. В основе аккумуляторных систем BYD лежат литий-железо-фосфатные ячейки.

В настоящее время в интернете можно найти информацию о таких компаниях, занимающихся выпуском АКБ в России: