リチウムイオン電池の製造プロセス：中間段階のプロセス

前述の通り、典型的なリチウムイオン電池の製造プロセスは、前工程（電極製造）、中工程（セル合成）、後工程（フォーメーションおよびパッケージング）の3段階に分けられます。前工程については前回ご紹介しましたが、本記事では中工程に焦点を当てます。

リチウム電池製造の中期工程は組立工程であり、その生産目標はセルの製造を完了することです。具体的には、前工程で作製された電極（正極と負極）をセパレータと電解質と整然と組み立てることです。

角柱アルミシェル電池、円筒形電池、ポーチ電池、ブレード電池など、さまざまな種類のリチウム電池のエネルギー貯蔵構造が異なるため、中間段階のプロセスにおける技術プロセスには明らかな違いがあります。

角柱アルミシェル電池と円筒形電池の中間工程は、巻き取り、電解液注入、パッケージングです。

パウチ電池とブレード電池の中間工程は、積み重ね、電解液の注入、包装です。

両者の主な違いは、巻き取り工程と積み重ね工程です。

巻き取り

セル巻き取り工程は、正極、負極、セパレータを巻き取り機で巻き取る工程です。隣接する正極と負極はセパレータによって分離されます。セルの長手方向では、セパレータが負極を、負極が正極をそれぞれ上回るように配置することで、正極と負極の接触による短絡を防止します。巻き取り後、セルは剥離を防ぐため、粘着テープで固定します。その後、セルは次の工程へと送られます。

このプロセスでは、正極と負極の間に物理的な接触がないこと、および負極が水平方向と垂直方向の両方向で正極を完全に覆うことができることを確認することが重要です。

巻き取り工程の特性上、正規形状のリチウム電池の製造にのみ使用できます。

スタッキング

一方、スタッキングプロセスでは、正極と負極、そしてセパレーターを積層してスタックセルを形成します。このプロセスでは、通常の形状だけでなく、特殊な形状のリチウム電池も製造できます。高い柔軟性を備えています。

スタッキングとは、通常、正極、負極、セパレータを正極-セパレータ-負極の順に層状に積み重ねて、集電体と積層セルを形成する工程である。タブとして。積み重ね方法は、セパレータを切断して直接積み重ねる方法から、セパレータを切断せずにZ字型に積み重ねるZ折りまで様々です。

積層工程では、同一電極シートの折れ曲がり現象がなく、巻き取り工程で発生する「Cコーナー」問題もありません。そのため、内殻のコーナースペースを最大限に活用でき、単位体積あたりの容量が向上します。巻き取り工程で製造されたリチウム電池と比較して、積層工程で製造されたリチウム電池は、エネルギー密度、安全性、放電性能において明らかな優位性を有しています。

巻線プロセスは比較的長い開発の歴史を持ち、成熟したプロセスで、低コスト、高収率を誇ります。しかし、新エネルギー車の発展に伴い、高い稼働率、安定した構造、低い内部抵抗、長いサイクル寿命などの利点を持つ積層プロセスが注目されています。

巻き取り方式と積層方式のどちらにも、明確な長所と短所があります。積層型電池は電極を複数回切断する必要があるため、巻き取り構造よりも断面積が長くなり、バリが発生するリスクが高まります。一方、巻き取り型電池は角がスペースを無駄にし、巻き取り張力の不均一性と変形により不均一性が生じる可能性があります。

そのため、その後のX線検査が非常に重要になります。

X線検査

完成した巻線およびスタック電池は、スタックまたは巻線セルの配置、タブの内部構造、正極および負極の張り出しなどの内部構造が製造プロセスに準拠しているかどうかをテストして確認する必要があります。これにより、製品の品質を管理し、不適格なセルが後続のプロセスに流れるのを防ぐことができます。

X線検査用に、大成精密は次のような一連のX線画像検査装置を発売しました。

X線オフラインCTバッテリー検査機

X線オフラインCTバッテリー検査装置：3D画像。断面観察を通して、セルの長手方向と幅方向の張り出しを直接検出できます。電極の面取りや曲げ、タブ、カソードのセラミックエッジなどの影響を受けずに検査結果が得られます。

X線インライン巻き取り式電池検査機

X線インライン巻線電池検査機：この装置は上流のコンベアラインに接続され、電池セルの自動ピックアップを実現します。電池セルは装置に投入され、内部サイクル試験が行われます。不良セルは自動的に除去されます。最大65層の内外輪を全数検査します。

X線インライン円筒形電池検査機

本装置はX線源からX線を照射し、バッテリーを透過します。X線画像を受信し、画像システムで写真を撮影します。独自開発のソフトウェアとアルゴリズムを用いて画像を処理し、良品・不良品を自動的に測定・判別します。装置のフロントエンドとバックエンドは生産ラインに接続可能です。

X線インラインスタック電池検査機

本装置は上流伝送路に接続され、セルを自動的に取り出し、装置に投入して内部ループ検出を行います。NGセルは自動的に選別され、OKセルは自動的に伝送路に投入され、下流装置に送られることで、全自動検出を実現します。

X線インラインデジタル電池検査機

本装置は上流の伝送線に接続され、セルを自動で取り出したり、手動で投入したりした後、装置内部のループ検査に投入します。不良セルは自動選別され、良セルは自動的に伝送線またはプレートに投入され、下流の装置に送られることで、全自動検査を実現します。