Din ce sunt fabricate bateriile 18650 și cum sunt fabricate?

Un Bateria 18650 este realizată din mai multe componente proiectate cu precizie, inclusiv un catod, anod, separator, electrolit, colectoare de curent, carcasă de oțel, ansamblu terminal și materiale izolatoare. Celula este fabricată prin pregătirea electrozilor, acoperire, uscare, bobinare, umplere cu electrolit, etanșare, formare, îmbătrânire, gradare și testare finală.

Termenul „18650” descrie formatul celulei cilindrice, nu o chimie specifică a bateriei. Diferitele celule 18650 pot folosi diferite materiale catodice, modele de electrozi, aditivi și procese de fabricație. Aceste diferențe afectează capacitatea, curentul de descărcare, durata de viață, comportamentul termic și fiabilitatea generală.

Pentru proiectele OEM, înțelegerea a ceea ce se află în interiorul unei celule 18650 îi ajută pe ingineri să evalueze dacă un furnizor poate oferi o calitate constantă, mai degrabă decât să compare pur și simplu etichetele de capacitate sau prețurile unitare.

Din ce sunt fabricate bateriile 18650?

Componentele principale ale unei celule litiu-ion 18650 sunt prezentate mai jos.

Un Bateria cu litiu 18650 este, prin urmare, un ansamblu electrochimic complet, mai degrabă decât un simplu recipient umplut cu material de litiu.

Ce este în interiorul unei baterii 18650?

Catod: Electrodul pozitiv

Catodul este electrodul pozitiv în timpul descărcării. Conține un material activ pe bază de litiu care eliberează ioni de litiu în timpul descărcării și îi acceptă în timpul încărcării.

Familiile obișnuite de materiale catodice utilizate în celulele cu ioni de litiu includ:

• Oxid de litiu cobalt sau LCO

• Litiu nichel mangan cobalt oxid sau NMC

• Litiu nichel cobalt oxid de aluminiu sau NCA

• Oxid de litiu mangan sau LMO

• Fosfat de fier de litiu sau LFP

Nu orice chimie este folosită în fiecare celulă 18650. Catodul selectat afectează tensiunea de funcționare a celulei, densitatea energiei, capacitatea de descărcare, caracteristicile termice, costul și durata de viață.

Pulberea catodică este în mod normal combinată cu un aditiv conductor și un liant înainte de a fi acoperită pe folie de aluminiu. Materialul activ stochează energie, aditivul conductiv îmbunătățește mișcarea electronilor, iar liantul ajută la menținerea învelișului atașat de folie.

Un catod proiectat pentru o densitate mare de energie poate prioritiza capacitatea și stocarea compactă a energiei. Un design catod și electrod orientat spre putere se poate concentra în schimb pe o rezistență mai mică și o ieșire de curent mai mare. Aceste obiective necesită adesea rapoarte diferite de material, grosimi de acoperire și controale de fabricație. Aceste compromisuri de material și performanță se reflectă și în Bateriile ICR, IMR și INR 18650 , deși denumirea trebuie încă verificată în raport cu fișa tehnică specifică modelului.

Anod: electrodul negativ

Anodul este electrodul negativ în timpul descărcării. Grafitul este cel mai comun material anodic în celulele convenționale cu litiu-ion 18650. Poate fi produs din grafit natural, grafit sintetic sau o combinație de materiale pe bază de carbon.

Unele modele de celule mai noi folosesc grafit îmbunătățit cu siliciu. Siliciul poate crește capacitatea teoretică, dar se extinde și se contractă semnificativ în timpul pedalării. Ca rezultat, anozii care conțin siliciu necesită o formulare atentă a materialului și un control al procesului.

Anodul este acoperit pe folie de cupru. În timpul încărcării, ionii de litiu se deplasează prin electrolit și devin stocați în structura anodului. În timpul descărcării, acești ioni se deplasează înapoi spre catod.

Performanța anodului influențează:

• Capacitate utilizabilă

• Comportamentul de încărcare

• Rezistenta interioara

• Ciclu de viață

• Performanță la temperatură scăzută

• Risc de placare cu litiu în condiții de încărcare necorespunzătoare

Acesta este motivul pentru care o capacitate mai mare nu înseamnă automat că o celulă este mai bună pentru fiecare aplicație.

Separator: Bariera internă de siguranță

Separatorul este o peliculă subțire, microporoasă, plasată între catod și anod. Scopul său principal este de a preveni atingerea electrozilor și crearea unui scurtcircuit intern.

În același timp, separatorul trebuie să permită ionilor de litiu să treacă prin porii săi. Prin urmare, trebuie să asigure atât izolare electrică, cât și transport ionic.

Multe separatoare sunt fabricate din materiale poliolefine, cum ar fi polietilena sau polipropilena. Unele modele folosesc, de asemenea, o acoperire ceramică pentru a îmbunătăți stabilitatea dimensională și performanța termică.

Calitatea separatorului depinde de factori precum:

• Uniformitatea grosimii

• Porozitate

• Rezistenta mecanica

• Contracție termică

• Structura porilor

• Rezistenta la rupere in timpul infasurarii

Chiar și un mic defect, riduri sau nealiniere poate afecta siguranța și consistența celulei. Manipularea separatorului este deosebit de importantă în timpul procesului de înfășurare, deoarece materialul trebuie să rămână poziționat corect pe toată rola electrodului cilindric.

Electrolitul: Mediul conducător de ioni

Electrolitul permite ionilor de litiu să se deplaseze între catod și anod. Conține în mod obișnuit o sare de litiu, adesea hexafluorofosfat de litiu, dizolvată în solvenți organici cu aditivi selectați cu grijă.

Electrolitul trebuie să asigure o conductivitate ionică suficientă, rămânând în același timp compatibil cu materialele electrozilor și cu domeniul de tensiune de funcționare.

Formularea electroliților poate afecta:

• Rezistenta interioara

• Performanță de încărcare

• Ciclu de viață

• Generare de gaze

• Comportament la temperatură scăzută

• Stabilitate la temperaturi ridicate

• Formarea interfazei solid-electrolit

Electrolitul este, de asemenea, sensibil la umiditate și contaminare. Din acest motiv, umplerea cu electrolit se realizează în mod normal într-un mediu de producție controlat. Controlul slab al umidității poate duce la reacții nedorite, la creșterea generării de gaze, la o rezistență mai mare și la o fiabilitate redusă pe termen lung.

Colectori de curent, lianți și aditivi conductivi

Materialele electrozilor activi nu transportă în mod normal curentul de la sine suficient de eficient pentru o celulă practică. Se aplică pe folii metalice care acționează ca colectoare de curent.

Materialele tipice ale colectoarelor de curent sunt:

• Folie de aluminiu pentru catod

• Folie de cupru pentru anod

Învelișul electrodului include, de asemenea, carbon conductor și un liant polimeric. Carbonul conductiv creează căi suplimentare de electroni prin acoperire, în timp ce liantul ține particulele active împreună și le atașează de folia metalică.

Echilibrul dintre materialul activ, aditivul conductiv, liantul, solventul, greutatea acoperirii și porozitatea este important. Liantul excesiv poate reduce conținutul de material activ. Liantul insuficient poate cauza aderență slabă sau crăpare. O rețea conductivă neuniformă poate crește rezistența și poate crea încălzire locală.

Carcasă din oțel și componente de siguranță

Ansamblul electrodului intern este plasat într-un recipient cilindric din oțel. Carcasa din oțel oferă:

• Protectie mecanica

• Stabilitate dimensională

• Rezistenta la impact extern

• Un mediu etanș pentru electrolit și rola de electrod

• O formă cilindrică consistentă pentru asamblarea pachetului

Partea superioară a celulei include de obicei un capac terminal, garnitură, părți izolatoare și caracteristici de gestionare a presiunii. În funcție de designul celulei, ansamblul capac poate include un aerisire de presiune, un dispozitiv de întrerupere a curentului, un element cu coeficient de temperatură pozitiv sau alte componente de protecție.

Designul exact variază în funcție de producător și model. Carcasa din oțel în sine nu trebuie tratată ca un sistem de siguranță complet. Siguranța celulei depinde de chimie, designul electrodului, separatorul, procesul de etanșare, componentele de protecție, condițiile de încărcare și aplicarea finală.

Cum diferă bateriile 18650 în designul materialului?

Două celule pot împărtăși aceleași dimensiuni 18650, dar au caracteristici de performanță foarte diferite.

Celulele concentrate pe energie

Celulele concentrate pe energie sunt proiectate pentru a stoca mai multă energie în volumul cilindric disponibil. Aceștia pot utiliza materiale pentru electrozi de mare capacitate și design de acoperire optimizat.

Aceste celule pot fi potrivite pentru:

• Electronice portabile

• Echipament de rezervă

• Instrumente de lungă durată

• Pachete de baterii de putere scăzută până la moderată

Cu toate acestea, celula de cea mai mare capacitate nu este neapărat cea mai bună alegere pentru un dispozitiv cu curent mare de pornire sau sarcini grele continue.

Celule concentrate pe putere

Celulele concentrate pe putere sunt proiectate pentru a furniza un curent mai mare cu o cădere de tensiune mai mică și o rezistență internă mai mică. Ele pot folosi diferite rapoarte de material activ, electrozi mai subțiri, căi de curent mai puternice sau alte ajustări de proiectare.

Aceste celule pot fi mai potrivite pentru:

• Scule electrice

• Echipamente cu motor

• Dispozitive portabile de mare putere

• Dispozitive cu vârfuri de curent de scurtă durată

Compensația poate implica o capacitate nominală mai mică, costuri mai mari sau cerințe termice diferite. Pentru dispozitivele cu cerere de curent mare susținută sau pulsată, selecția bateriei 18650 cu consum mare ar trebui să se bazeze pe curentul nominal real al celulei, rezistența internă, scăderea tensiunii și limitele termice.

De ce eticheta 18650 nu este suficientă

Formatul 18650 descrie doar dimensiunea cilindrică aproximativă. Nu identifică:

• Chimia catodică

• Formularea anodului

• Capacitate nominală

• Curent de descărcare continuă

• Curent maxim de încărcare

• Tensiunea de întrerupere

• Rezistenta interioara

• Condiții de ciclu de viață

• Design de siguranță

Prin urmare, echipele OEM ar trebui să evalueze fișa tehnică completă și condițiile de testare în loc să selecteze o celulă pe baza numelui 18650 sau a capacității tipărite.

Cum sunt fabricate bateriile 18650?

Procesul de fabricație include în mod normal pregătirea electrozilor, asamblarea celulelor, umplerea cu electrolit, formarea, îmbătrânirea, gradarea și inspecția finală.

1. Inspecția materiei prime

Producătorii inspectează mai întâi materialele active care intră, aditivii conductivi, lianții, foliile metalice, separatoarele, electroliții și părțile carcasei.

Controalele importante pot include:

• Identitatea materială

• Puritate și conținut de umiditate

• Distribuția mărimii particulelor

• Grosimea foliei

• Dimensiunile separatorului

• Informații despre lotul furnizorului

• Stare de ambalare

Materiile prime consistente sunt necesare pentru o performanță constantă a celulei. Un furnizor care nu poate menține trasabilitatea materialului poate avea dificultăți în identificarea cauzei variației de la lot la lot.

2. Amestecarea nămolului

Materialele catodice și anodice sunt amestecate separat.

Un șlam de electrozi tipic conține:

• Material activ

• Aditiv conductiv

• Liant

• Solvent

Procesul de amestecare trebuie să realizeze o distribuție uniformă a tuturor ingredientelor. Dispersia slabă poate crea zone cu rezistență diferită, aderență slabă sau activitate electrochimică neuniformă.

Timpul de amestecare, ordinea adăugării, vâscozitatea, temperatura și controlul umidității pot influența calitatea finală a acoperirii.

3. Acoperirea electrodului

Suspensia catodică este acoperită pe folie de aluminiu, în timp ce suspensia anodică este acoperită pe folie de cupru.

Mașina de acoperire controlează parametri precum:

• Grosimea acoperirii

• Greutate de încărcare

• Lățimea acoperirii

• Alinierea marginilor

• Uniformitatea suprafeței

• Viteza liniei

Acoperirea uniformă este esențială deoarece diferențele de încărcare a materialului activ pot crea dezechilibru de capacitate și distribuție neuniformă a curentului în interiorul celulei.

4. Uscarea și îndepărtarea solventului

Foliile acoperite trec prin echipamentul de uscare pentru a îndepărta solventul de procesare. Uscarea trebuie controlată cu atenție.

Uscarea insuficientă poate lăsa reziduuri de solvent sau umiditate. Uscarea excesivă sau neuniformă poate cauza crăpare, aderență slabă sau modificări ale structurii electrodului.

După uscare, electrozii pot suferi uscare în vid pentru a reduce și mai mult umiditatea înainte de asamblarea celulei.

5. Calandrare și tăiere

Calandrarea comprimă electrodul acoperit între role. Acest proces controlează densitatea electrodului, grosimea, porozitatea și netezimea suprafeței.

Echilibrul corect este important. Compresia excesivă poate restricționa penetrarea electroliților, în timp ce compresia insuficientă poate reduce densitatea de energie sau slăbi structura electrodului.

Rolele mari acoperite sunt apoi tăiate în benzi mai înguste. Marginile trebuie controlate cu atenție deoarece bavurile metalice pot deteriora separatorul sau pot contribui la un scurtcircuit intern.

6. Pregătirea și înfășurarea electrozilor

Anodul, separatorul și catodul sunt aranjate în straturi și înfășurate într-o structură cilindrică numită în mod obișnuit rolă de jeleu.

Procesul de bobinare trebuie să controleze:

• Alinierea electrozilor

• Tensiune de înfăşurare

• Suprapunerea separatorului

• Poziția filei

• Diametrul rolei

• Stare marginea

Nealinierea sau tensiunea excesivă pot crea presiune neuniformă și distribuție neuniformă a curentului. Rolul finit este apoi introdus în cutia de oțel.

7. Sudarea cu file și asamblarea celulelor

Clapele electrodului sunt sudate la căile de curent și la componentele terminale adecvate. Calitatea sudurii afectează rezistența electrică, rezistența mecanică și generarea de căldură în timpul funcționării cu curent ridicat.

Ansamblul poate include, de asemenea:

• Discuri izolante

• Garnituri

• Componentele capacului superior

• Orificii de protecție

• Distanțiere interne

Cutia de oțel este apoi închisă printr-un proces controlat de etanșare sau sertizare.

8. Umplere cu electroliți

Ansamblul electrod etanșat este umplut cu electrolit, adesea în condiții de vid sau presiune controlată.

Electrolitul trebuie să umezească bine electrozii poroși și separatorul. Udarea incompletă poate crește rezistența și poate reduce capacitatea utilizabilă.

Această etapă necesită un control atent al:

• Cantitatea de electroliți

• Presiunea de umplere

• Timp de umplere

• Nivelul de umiditate

• Temperatura celulei

• Condiții de etanșare

9. Încărcarea și descărcarea formației

Formarea este prima etapă controlată de încărcare și descărcare a celulei. Ajută la stabilirea interfețelor electrochimice necesare pentru funcționarea stabilă, inclusiv interfaza solid-electrolit pe anod.

Parametrii de formare pot include:

• Curent inițial de încărcare

• Limite de tensiune

• Perioade de odihnă

• Temperatură

• Numărul de cicluri

• Secvența de încărcare și descărcare

Această etapă are o influență majoră asupra performanței inițiale, producerii de gaz, rezistenței interne și stabilității pe termen lung.

10. Îmbătrânirea, clasificarea și testarea finală

După formare, celulele se odihnesc în mod normal pentru o perioadă controlată. În timpul îmbătrânirii, producătorii pot monitoriza reținerea tensiunii, autodescărcarea, rezistența internă și alți indicatori.

Celulele sunt apoi testate și clasificate în funcție de parametri precum:

• Capacitate

• Tensiune în circuit deschis

• Rezistenta interioara

• Acceptarea taxelor

• Performanță de descărcare

• Dimensiuni fizice

• Greutate

• Stare de scurgere sau de etanșare

Celulele cu caracteristici electrice similare pot fi grupate pentru producția de acumulatori. Acest lucru este deosebit de important pentru pachetele cu mai multe celule, deoarece variația dintre celule poate afecta echilibrul, timpul de funcționare, partajarea curentului și durata de viață. Capacitatea, rezistența internă, reținerea tensiunii și autodescărcarea trebuie verificate în condiții consistente; acestea sunt măsurătorile de bază în Capacitatea bateriei 18650 și testarea sănătății . Gruparea celulelor cu rezultate electrice similare este punctul de plecare pentru potrivirea celulelor într-un pachet de baterii 18650 , mai ales atunci când mai multe celule vor funcționa în serie sau în paralel.

Care controale de producție contează cel mai mult pentru calitatea celulelor?

Un furnizor capabil ar trebui să fie capabil să explice nu numai ce model de celulă este oferit, ci și modul în care sunt controlate materialele, loturile de producție, condițiile de testare și modificările procesului.

Ce ar trebui să întrebe cumpărătorii OEM unui furnizor de baterii 18650?

Pentru un proiect OEM, evaluarea furnizorului ar trebui să acopere atât specificațiile celulei, cât și sistemul de producție. Următoarele informații sunt deosebit de utile:

• Modelul celular exact și chimia

• Capacitate nominală și condiții de testare

• Curent de descărcare continuu și de vârf

• Curent de încărcare recomandat

• Interval de temperatură de funcționare

• Tensiunea de întrerupere și limitele de tensiune

• Metoda de testare a rezistenței interne

• Capacitate toleranta intre celule

• Identificarea lotului de producție

• Înregistrări de control al calității

• Proces de testare eșantion

• Procedura de control al schimbării

• Certificari si documente de conformitate disponibile

• Capacitatea de producție și continuitatea așteptată a aprovizionării

Pentru echipamente medicale, dispozitive portabile, instrumente industriale și produse similare, la aceste întrebări ar trebui să se răspundă înainte alegerea unei baterii 18650 pentru un dispozitiv OEM.

Fabricarea celulelor și fabricarea pachetelor de baterii sunt diferite

O celulă 18650 este unitatea electrochimică cilindrică individuală. Un pachet de baterii combină mai multe celule cu conexiuni electrice, izolație, electronice de protecție, părți structurale, cablaje și conectori.

Un complet Pachetul de baterii 18650 poate necesita, de asemenea:

• Configurație în serie și paralelă

• Protecție PCM sau BMS

• Echilibrarea celulelor

• Sentirea temperaturii

• Sudare cu benzi de nichel sau bare colectoare

• Conectori personalizați

• Carcasă sau incintă

• Management termic

• Cabluri de ieșire și de încărcare

O celulă de înaltă calitate poate funcționa prost dacă pachetul utilizează suduri slabe, setări de protecție inadecvate, potrivire slabă a celulei sau design termic inadecvat.

Pot fi personalizate materialele dintr-o celulă 18650?

Majoritatea proiectelor OEM nu necesită ca un furnizor să creeze o formulă complet nouă de catod, anod sau electrolit. Schimbarea materialelor active necesită, în mod normal, o validare extinsă de laborator, teste de siguranță, calificare a producției și revizuire reglementară.

În multe proiecte, personalizarea este mai practică la nivelul selecției celulelor și proiectării pachetului. Furnizorul poate selecta o celulă calificată în funcție de capacitatea necesară, curentul de descărcare, domeniul de temperatură, dimensiunile și durata de viață, apoi personaliza structura pachetului din jurul dispozitivului.

Proiectele pot necesita soluții personalizate de baterii 18650 care includ:

• Selectarea modelului celular

• Configurație în serie și paralelă

• Proiectarea circuitului de protecție

• Integrare conector și cablu

• Dimensiunile pachetului

• Design incintă

• Suport termic și mecanic

• Dezvoltarea și validarea mostrelor

• Controlul calității în producția de masă

Greșeli frecvente la evaluarea calității bateriei 18650

Presupunând că fiecare celulă 18650 utilizează aceeași chimie

Formatul 18650 nu identifică categoria catodul, anodul, electrolitul sau performanța. Verificați întotdeauna fișa tehnică specifică modelului.

Compararea celulelor numai după capacitate

Capacitatea este doar un parametru. O celulă cu mAh mai mare poate avea un curent de descărcare permis mai mic sau limite de temperatură diferite.

Tratarea aspectului ca o dovadă a calității

Un ambalaj curat și o etichetă atractivă nu pot confirma capacitatea, rezistența internă, siguranța sau consistența în fabricație.

Ignorarea condițiilor de testare

Valorile nominale ale capacității și curentului de descărcare sunt semnificative numai atunci când curentul de testare, temperatura, tensiunea de întrerupere și metoda de încărcare sunt precizate în mod clar.

Amestecarea diferitelor celule sau loturi de producție

Celulele cu capacități diferite, rezistență internă, vârstă sau chimie nu trebuie amestecate întâmplător în același pachet.

Confuză aprovizionarea cu celule cu capacitatea de pachet

Un furnizor poate să vândă celule individuale, dar nu are echipamentul sau controlul procesului necesar pentru asamblarea fiabilă a pachetului. Fabricarea celulelor și fabricarea pachetelor ar trebui evaluate separat.

Întrebări frecvente

Din ce sunt fabricate bateriile 18650?

O baterie 18650 conține un catod, anod, separator, electrolit, colectori de curent din aluminiu și cupru, aditivi conductivi, lianți, o carcasă de oțel, componente terminale și izolație.

Este 18650 o chimie a bateriei?

Nr. 18650 descrie un factor de formă cilindric. Celulele cu aceleași dimensiuni pot utiliza chimii catodice diferite și pot fi proiectate pentru capacitate mare, putere mare, ciclu lung de viață sau alte cerințe.

Ce material este folosit pentru anodul într-o celulă 18650?

Grafitul este cel mai comun material anodic. Unele celule folosesc grafit amestecat cu siliciu sau alte materiale pe bază de carbon pentru a atinge obiective specifice de capacitate și performanță.

Ce material este folosit pentru catod?

Catodul poate utiliza oxid de litiu cobalt, NMC, NCA, LMO, LFP sau alt material calificat care conține litiu. Chimia exactă depinde de designul celulei și de cerințele de aplicare.

De ce o baterie 18650 folosește o carcasă de oțel?

Carcasa de oțel protejează ansamblul electrodului plăgii, oferă rezistență mecanică, susține dimensiuni consistente și ajută la crearea unei structuri de celule cilindrice sigilate.

Care este scopul separatorului?

Separatorul izolează electric catodul și anodul în timp ce permite ionilor de litiu să se miște prin microporii săi. Este o componentă importantă atât pentru performanța celulei, cât și pentru siguranța internă.

De ce este necesară încărcarea formației?

Formarea este procesul inițial controlat de încărcare și descărcare. Ajută la stabilirea interfețelor electrochimice stabile și permite producătorului să identifice celulele cu comportament electric anormal înainte de expediere.

Cum poate un cumpărător OEM să evalueze un producător de celule?

Un cumpărător OEM ar trebui să examineze fișa tehnică a celulei, condițiile de testare, trasabilitatea materialului și a lotului, controalele producției, procesul de formare, gradarea capacității, testarea rezistenței interne, rezultatele eșantioanelor și documentația de calitate.

Se poate schimba catodul sau anodul pentru un proiect personalizat?

În principiu, formulările de materiale pot fi dezvoltate pentru aplicații specializate, dar acesta este un proiect major de inginerie și calificare. Pentru majoritatea produselor OEM, selectarea unui model de celule calificat și personalizarea pachetului de baterii este mai practică.

Concluzie

O baterie 18650 este realizată dintr-o combinație atent echilibrată de materiale electrochimice, colectoare de curent, peliculă separatoare, electrolit, carcasă de oțel, părți de etanșare și izolație. Performanța sa depinde nu numai de chimia selectată, ci și de uniformitatea acoperirii, controlul umidității, precizia înfășurării, sudarea, umplerea cu electrolit, formarea, îmbătrânirea și gradarea finală.

Pentru cumpărătorii OEM, cea mai importantă întrebare nu este pur și simplu „Care este capacitatea acestei celule 18650?” Ci este dacă furnizorul poate controla materialele și procesele de fabricație în mod constant de la dezvoltarea mostrelor până la producția de masă. Această capacitate determină dacă celulele cu aspect similar pot oferi o capacitate previzibilă, performanță curentă, siguranță și durata de viață a produsului finit.