Виробництво електродів літієвих джерел живлення

В даний час важко уявити будь-яку сферу діяльності людини, без використання пристроїв та обладнання, що працюють від перезаряджуваних джерел живлення. Одним із найпопулярніших і найпопулярніших на сьогоднішній день є літій – іонний акумулятор. У класичній схемі роботи джерела живлення використовується катод, виконаний з кобальтату літію, і анод з металевого літію. Анод та катод поділяє сепаратор просочений літій – іонним електролітом. У міру розвитку технології виготовлення акумуляторів літієвий анод був замінений на вуглецевий, матеріалом для нього служить графіт, властивості та структура якого сприяють вилучення та впровадження іонів літію. Електроліт, із розчину солей літію, у свою чергу, був замінений на гелеподібний полімерний. Залежно від сфери застосування джерела живлення їх ділять за матеріалом, використаним виготовлення електродів акумулятора. Кобальтат – літієві, літій-залізо – фосфатні, літій – марганцева шпинель – матеріали, що мають відмінності за структурою, електронно-іонною провідністю. В останні роки все більше розробок засновані на застосуванні хімічних сполук з діелектричними характеристиками, питома провідність яких вкрай низька. Відкриття та впровадження у виробництво композиційних матеріалів для електродів у нанорозмірному стані з поверхнею вкритою вуглецевими складовими призвело до якісного стрибка у розвитку літій – іонних акумуляторів.

Процес виробництва, як катодів, так і анодів практично схожий і виготовляються вони на однаковому обладнанні, але через різницю компонентів активного матеріалу обмазування стрічок з алюмінієвої або мідної фольги проводиться в окремих виробничих приміщеннях. Першим етапом є підготовка сухої суміші активних матеріалів та електропровідних вуглецевих добавок. Рівномірне та якісне покриття діелектричних найдрібніших частинок активних матеріалів струмопровідним вуглецем – це мета сухого перемішування компонентів. Суху суміш з'єднують з розчином полімеру, підготовленим з сполучного полімеру і розчинника, таким чином отримуючи суспензію, що покриває. Змішування проводиться у вакуумному середовищі до утворення найкращої дисперсії та повної однорідності суспензії в міксері, не допускаючи утворення бульбашок газу та комковатості. Під час цієї операції проводиться постійний контроль за безперервним дозуванням сухих та рідких компонентів та їх розподілом у розчині. Властивості суспензії, що покриває, не повинні змінюватися від партії до партії. Далі строго дозована кількість покриваючого складу подається до голівки, щілинної матриці або покриваючого ролика, залежно від типу обладнання і технології, що застосовується. Нанесення суспензії може здійснюватися з двох сторін фольгованої стрічки одночасно, але, як правило, основа проходить через елементи, що покривають двічі, з одного, а потім з іншого боку. Для отримання точно заданої товщини покриття фольгу прокочують через валки двічі, ущільнюючи та калібруючи, перед поздовжнім обрізанням стрічки. Поряд із цим проходить сушіння підготовленої заготовки для електрода, з обдуванням сухим азотом або повітрям. Під час процесу контролюється товщина шару в кожній точці покриття, як вздовж, так і поперек електродної стрічки. Операція нанесення суспензії проводиться безперервно, щоб виходили ділянки точно відповідні заданим параметрам. Нарізані анодні та катодні стрічки просушують і проводиться намотування з окремих рулонів анода, катода та сепаратора в єдину бобіну. На необроблені ділянки стрічки приварюються пелюстки для подальшого з'єднання електродів із струмознімачами акумулятора. Намотування проводиться з постійним, у продовженні процесу, натягом. Для призматичних джерел живлення намотування бобіни «анод, катод, сепаратор» виконується в еліптичному вигляді, що трохи складніше у виробництві. При намотуванні обов'язково контролюються параметри натягу, за винятком утворення зазорів. Далі проводять тестування на коротке замикання. Готову бобіну поміщають у корпус акумулятора, приварюються висновки до струмознімачів, потім заливка електроліту. Процес заповнення електролітом проводиться у вакуумі або інертному газі таким чином, щоб не утворювалися порожнечі і розчин повністю проник у всі пори сепаратора, заповнивши весь об'єм акумулятора. Після процесу заливання електроліту виконується герметизація корпусу джерела живлення. Зібраний осередок або батарея очищається і проходить маркування із зазначенням матеріалу електродів, електроліту, сепаратора, ємності та напруги.

У загальний схематичний склад обладнання входять – екструдер, що покриває голівку з роликами зворотного обертання, ніж або ракля, розташовані над роликом. Але частіше використовують щілинні покриваючі головки та барабани зі зворотним обертанням з перериванням покриття, які легко застосовуються для нанесення анодної або катодної суспензії будь-якої в'язкості та з будь-якою швидкістю покриття. У схемі є сушильна камера (піч), через яку проходить стрічка фольги з нанесеним покриттям. При автоматизованому процесі виробництва стрічка рухається безперервно, ролики в певний момент розсуваються, отримуючи переривчасту, покриту суспензією анодного активного або катодного матеріалу, поверхню стрічки фольги. Щілинна головка нанесення покриття виконує ті ж операції з високою точністю та заданою швидкістю.