リチウムイオン電池は幅広い用途に使用されています。用途分野による分類では、エネルギー貯蔵用電池、電力用電池、民生用電子機器用電池に分けられます。
- エネルギー貯蔵用バッテリーには、通信用エネルギー貯蔵、電力エネルギー貯蔵、分散型エネルギーシステムなどが含まれます。
- パワーバッテリーは主に電力分野で使用され、新エネルギー車、電動フォークリフトなどの市場にサービスを提供しています。
- 民生用電子機器向けバッテリーは、スマートメーター、インテリジェントセキュリティ、インテリジェント交通、IoTなど、民生分野と産業分野の両方を網羅しています。
リチウムイオン電池は複雑なシステムであり、主に陽極、陰極、電解質、セパレータ、集電体、バインダー、導電剤などから構成され、陽極と陰極の電気化学反応、リチウムイオン伝導、電子伝導、熱拡散などの反応が関与している。
リチウム電池の製造工程は比較的長く、50以上の工程が関わっている。
リチウム電池は、形状によって円筒形電池、角型アルミシェル電池、パウチ型電池、ブレード型電池に分類できます。製造工程には若干の違いがありますが、リチウム電池の製造工程は大きく分けて、前工程（電極製造）、中間工程（セル合成）、後工程（成形および包装）の3段階に分類されます。
本稿では、リチウムイオン電池製造における前工程について解説する。
前工程の生産目標は、電極（陽極と陰極）の製造を完了することです。主な工程は、スラリー化／混合、コーティング、カレンダー加工、スリット加工、および型抜き加工です。
スラリー化／混合
スラリー化／混合とは、正極と負極の固体電池材料を均一に混合し、溶媒を加えてスラリー状にする工程です。スラリー化は製造ラインの前端の出発点であり、後続のコーティング、カレンダー加工などの工程を完了させるための前段階となります。
リチウム電池のスラリーは、正極スラリーと負極スラリーに分けられます。活物質、導電性カーボン、増粘剤、バインダー、添加剤、溶剤などを所定の割合でミキサーに入れ、混合して、コーティング用の均一な固液懸濁液スラリーを得ます。
高品質な混合は、後続工程の高品質な完了の基礎となり、バッテリーの安全性性能および電気化学的性能に直接的または間接的に影響を与える。
コーティング
コーティングとは、正極活物質と負極活物質をそれぞれアルミニウム箔と銅箔に塗布し、導電剤とバインダーを混合して電極シートを形成する工程である。その後、オーブンで乾燥させて溶剤を除去し、固体物質を基板に接着させることで、正極シートと負極シートのコイルが完成する。
陰極および陽極のコーティング
正極材料：材料には、積層構造、スピネル構造、オリビン構造の3種類があり、それぞれ三元系材料（およびコバルト酸リチウム）、マンガン酸リチウム（LiMn2O4）、リン酸鉄リチウム（LiFePO4）に対応します。
負極材料：現在、市販のリチウムイオン電池に使用されている負極材料は、主に炭素材料と非炭素材料に分けられます。炭素材料には、現在最も広く使用されているグラファイト負極をはじめ、無秩序炭素負極、ハードカーボン、ソフトカーボンなどがあります。非炭素材料には、シリコン系負極、チタン酸リチウム（LTO）などがあります。
前工程の中核を成すコーティング工程の実施品質は、完成したバッテリーの均一性、安全性、および寿命に大きな影響を与える。
カレンダー
コーティングされた電極はローラーによってさらに圧縮され、活物質と集電体が密着することで、電子の移動距離が短縮され、電極の厚さが薄くなり、負荷容量が増加します。同時に、電池の内部抵抗が低下し、導電率が向上し、電池の体積利用率が向上するため、電池容量が増加します。
カレンダー加工後の電極の平坦性は、その後のスリット加工の効果に直接影響を与える。また、電極の活物質の均一性も、セル性能に間接的に影響を与える。
スリット加工
スリット加工とは、幅広の電極コイルを必要な幅の狭いスライスに連続的に縦方向に切断する工程です。スリット加工では、電極にせん断力が加わり、切断されます。スリット加工後の切断面の平坦性（バリや歪みがないこと）が、性能を評価する上で重要となります。
電極の製造工程には、電極タブの溶接、保護用粘着紙の貼付、電極タブの包装、レーザーによる電極タブの切断（後続の巻線工程用）が含まれます。型抜きは、コーティングされた電極を後続の工程のために型押しして成形する工程です。
リチウムイオン電池の安全性能に対する要求水準が高いため、リチウム電池製造工程においては、装置の精度、安定性、自動化が非常に重要視される。
リチウム電極測定装置のリーディングカンパニーである大成精密は、リチウム電池製造の前工程における電極測定向けに、X線/β線面密度計、CDM厚さ・面密度計、レーザー厚さ計など、一連の製品を発売しました。
- 超高精細X線面積密度計
1600mmを超えるコーティング幅の測定に対応し、超高速スキャンをサポートし、薄肉部、傷、セラミックエッジなどの詳細な特徴を検出します。クローズドループコーティングにも役立ちます。
- X線/β線面積密度計
これは、電池電極コーティング工程およびセパレータセラミックコーティング工程において、測定対象物の面密度をオンラインで試験するために使用される。
- CDM厚さおよび面積密度計
コーティングプロセスに適用可能：コーティング漏れ、材料不足、傷、薄肉部の厚さ輪郭、AT9厚さ検出など、電極の詳細な特徴のオンライン検出。
- マルチフレーム同期追跡計測システム
リチウム電池の正極および負極のコーティング工程に使用されます。複数のスキャンフレームを用いて電極の同期追跡測定を行います。5フレーム同期追跡測定システムにより、湿潤膜、正味コーティング量、および電極の状態を検査できます。
- レーザー厚さ計
これは、リチウム電池のコーティング工程またはカレンダー加工工程における電極の検出に使用されます。
- オフライン厚さ・寸法ゲージ
これは、リチウム電池のコーティング工程やカレンダー加工工程において、電極の厚さや寸法を検出するために使用され、効率と一貫性を向上させます。
投稿日時：2023年8月31日