Quy trình sản xuất pin của CATL: Từ nguyên liệu đến thành phẩm (Phần 1)


Summary

Bài viết này khám phá quy trình sản xuất pin của CATL, từ nguyên liệu đến thành phẩm, mang lại cái nhìn sâu sắc về những công nghệ tiên tiến đang được áp dụng trong ngành công nghiệp pin. Qua đó, bạn sẽ hiểu rõ hơn về cách mà những đổi mới này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn hướng tới sự bền vững. Key Points:

  • Công nghệ Silic anode tiên tiến giúp tăng mật độ năng lượng pin lithium-ion, với các kỹ thuật như nano-silic và silic-graphene composite.
  • Ứng dụng AI trong quy trình cán ép điện cực tối ưu hóa áp suất và nhiệt độ, dẫn đến sản phẩm chất lượng cao hơn và giảm thiểu lỗi trong sản xuất.
  • Sự phát triển vật liệu cathode thế hệ mới như NMC và LFP cải tiến là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu suất và tính bền vững của pin.
Những khía cạnh nổi bật từ bài viết cho thấy rằng việc ứng dụng công nghệ hiện đại có thể tạo ra những bước đột phá lớn trong ngành sản xuất pin.

Tổng quan về quy trình sản xuất pin của CATL

Trong phần tổng quan về quy trình sản xuất pin của CATL, chúng ta có thể thấy rằng quá trình này được chia thành ba giai đoạn chính và bao gồm 14 quy trình quan trọng. Bài viết này không chỉ là một cái nhìn tổng quát về việc sản xuất pin mà còn giới thiệu các khái niệm như đầu tư vốn (CapEx), các thông số quy trình chính, kiểm soát quy trình thống kê và những khái niệm khác liên quan đến việc sản xuất pin với năng suất cao.

Mặc dù trong nhiều trường đại học và môi trường nghiên cứu phát triển pin ở quy mô khởi nghiệp, hình dạng pin đồng xu thường được sử dụng để đánh giá các hệ thống pin, nhưng trong các ứng dụng như xe điện (EV), "cell" thường được chế tạo dưới dạng túi, hình chữ nhật hoặc hình trụ. Những cell này sẽ được lắp ráp thành "module", rồi đến "pack", và cuối cùng là tích hợp vào sản phẩm EV.

Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ an toàn và hiệu suất, mức độ chính xác cao, tính đồng nhất, ổn định cùng với tự động hóa đã trở nên cần thiết trong quy trình sản xuất pin. Các nguyên liệu sử dụng cũng rất quan trọng; ví dụ như lithium, cobalt và nickel đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cũng như độ bền của pin. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ tiên tiến vào quá trình kiểm soát chất lượng cũng là một điểm đáng chú ý nhằm nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

Ba giai đoạn chính trong sản xuất pin lithium-ion

Bài viết này tóm tắt quy trình sản xuất pin của CATL, được thu thập từ các nguồn công khai trên phương tiện truyền thông Trung Quốc. CATL (Công ty TNHH Công nghệ Amperex Hiện đại) là nhà sản xuất pin lớn nhất thế giới, và quy trình sản xuất pin của họ rất tinh vi và tự động hóa cao. Mặc dù nhiều chi tiết trong quy trình sản xuất là bí mật, nhưng chúng tôi đã xác định và phác thảo 3 giai đoạn chính và 14 quy trình quan trọng từ các nguồn công khai như một phần giới thiệu về việc chế tạo pin.

Sản xuất công nghiệp pin lithium-ion thường bao gồm hơn 50 quy trình riêng lẻ. Những quy trình này có thể được chia thành ba giai đoạn chính: sản xuất điện cực, chế tạo cell, hình thành và tích hợp.

Trong giai đoạn đầu tiên - sản xuất điện cực, vật liệu như NMC (Nickel Manganese Cobalt) cho catốt cùng với graphite cho anốt được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của pin. Các ion lithium di chuyển giữa catốt và anốt trong quá trình sạc và xả sẽ ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ năng lượng cũng như độ bền của pin.

Tiếp theo là giai đoạn chế tạo cell, nơi mà việc kiểm soát nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Sự kết hợp hoàn hảo giữa các vật liệu cũng như điều kiện môi trường sẽ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của từng viên pin.

Cuối cùng, trong giai đoạn hình thành và tích hợp, các cell được thử nghiệm cẩn thận để đảm bảo rằng chúng đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng trước khi đưa vào sử dụng thực tế. Quy trình này không chỉ đảm bảo tính ổn định mà còn gia tăng tuổi thọ cho từng bộ pin được sản xuất.
Extended Perspectives Comparison:
Giai đoạnQuy trình chínhThiết bị sử dụngChi phí (%)Yếu tố ảnh hưởng
1: Sản xuất điện cựcTrộn, Phủ lớp mỏng, Cán định hình, Cắt tỉa, Làm điện cựcMáy trộn, Máy phun phủ, Máy ép cuộn, Máy cắt40Chất lượng vật liệu đầu vào, Công nghệ tự động hóa
2: Chế tạo cellKiểm soát nhiệt độ và chất lượng sản phẩm cuối cùngMáy quấn/laminating, máy tiêm điện phân30Điều kiện môi trường và sự kết hợp của nguyên liệu
3: Hình thành và tích hợpThử nghiệm chất lượng trước khi đưa vào sử dụng thực tếMáy sạc và xả pin, thiết bị kiểm tra30Tiêu chuẩn chất lượng và tuổi thọ pin
Tổng quan quy trình sản xuất pin lithium-ionSản xuất công nghiệp pin thường bao gồm hơn 50 quy trình riêng lẻ-100Mỗi giai đoạn đều có vai trò quan trọng trong hiệu suất tổng thể của pin

Vai trò quan trọng của thiết bị trong sản xuất pin

Thiết bị đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất và chi phí của pin lithium-ion. Theo ba giai đoạn sản xuất, thiết bị cũng có thể được chia thành ba loại: thiết bị giai đoạn 1 (Máy trộn, Máy phủ, Máy ép cuộn, Máy cắt, Máy tạo màng, Máy cắt theo hình dạng,...), thiết bị giai đoạn 2 (Máy quấn/laminating, máy tiêm điện phân, thiết bị đóng gói) và thiết bị giai đoạn 3 (Máy sạc và xả pin, thiết bị kiểm tra,...). Chi phí vốn cho mỗi giai đoạn này lần lượt chiếm khoảng [40%, 30%, 30%] tổng chi phí của dây chuyền sản xuất.

### **Giai đoạn 1: Sản xuất điện cực**
Giai đoạn đầu tiên trong quá trình sản xuất pin là chế tạo các điện cực dương và âm. Các quy trình chính bao gồm: trộn lẫn, phủ lớp mỏng, cán định hình, cắt tỉa và làm điện cực (bao gồm cả việc cắt theo hình dạng và hàn chân tiếp xúc). Thiết bị sử dụng trong giai đoạn này bao gồm: máy trộn, máy phun phủ, máy ép cuộn, máy cắt tỉa và máy làm điện cực.

Việc áp dụng công nghệ hiện đại như tự động hóa không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất. Chất lượng vật liệu cấu thành cũng ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của pin; do đó lựa chọn hợp kim phù hợp là điều cần thiết để đảm bảo tính năng tối ưu cho sản phẩm cuối cùng.

Giai đoạn 1: Sản xuất điện cực

Để sản xuất một loại bột điện cực, các nguyên liệu hoạt tính thô cần được kết hợp với dung môi, chất kết dính và các phụ gia. Quá trình trộn bột là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất điện cực, và nó diễn ra riêng biệt cho vật liệu cathode và anode. Các đặc tính có thể đo lường như độ nhớt, mật độ và hàm lượng rắn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của pin cũng như sự đồng nhất của điện cực. Trong quá trình trộn, công thức nguyên liệu thô, các bước trộn và thời gian trộn đều là những thông số quan trọng.

Ngay từ bước đầu tiên khi thêm các thành phần, thứ tự trộn nguyên liệu có thể tác động đến hiệu suất điện hóa cuối cùng của điện cực. Nếu bắt đầu bằng việc trộn khô các vật liệu hoạt tính với carbon dẫn điện trước khi thêm dung môi, điều này có thể dẫn đến độ nhớt thấp hơn cho bột nhão, giúp tăng hàm lượng rắn cao hơn và thời gian khô nhanh hơn. Tuy nhiên, việc này cũng đi kèm với sự đánh đổi về khả năng cung cấp năng lượng nhanh chóng.

Bên cạnh đó, để nâng cao hiệu suất của bột điện cực, cần chú ý đến quy trình xử lý bề mặt và đảm bảo độ tinh khiết của nguyên liệu đầu vào. Việc phân tích kích thước hạt cũng như cấu trúc tinh thể sẽ giúp làm rõ ảnh hưởng của chúng đến khả năng lưu trữ năng lượng cũng như tuổi thọ pin.


Giai đoạn 1: Sản xuất điện cực Free Images


Quy trình trộn nguyên liệu để tạo ra slurry điện cực

Trong quy trình chuẩn bị slurry cho điện cực, việc sử dụng các chất phụ gia dẫn điện kết hợp với chất kết dính và vật liệu hoạt động sẽ tạo ra một khung dẫn điện xốp, từ đó cải thiện hiệu suất điện hóa. Để có được một slurry điện cực khả thi, hai tiêu chí chính là sự ổn định và khả năng chế biến của slurry. Tuy nhiên, do có sự tương tác giữa các hạt trong slurry (như lực hấp dẫn van der Waals, liên kết hydro và lực tĩnh điện), việc hình thành agglomerat là không thể tránh khỏi. Do đó, việc thêm một chất phân tán là cần thiết trong quá trình trộn. Mặc dù quá trình trộn thường khá tiết kiệm chi phí, nhưng thời gian cần thiết để đảm bảo sự phân tán đầy đủ của slurry có thể trở thành hạn chế về năng suất. Hơn nữa, trong quá trình trộn, chất lượng không khí phải được kiểm soát chặt chẽ nhằm ngăn ngừa bụi bẩn hoặc tạp chất làm ô nhiễm slurry điện cực. Đối với việc chuẩn bị slurry cathode đặc biệt, độ ẩm cũng cần được kiểm soát tốt để bảo vệ các vật liệu cathode chứa nhiều Ni cao trước nguy cơ ăn mòn của foils nhôm. Một số chiến lược để giảm thiểu tình trạng ăn mòn bao gồm điều chỉnh pH bằng cách thêm axit phosphoric; hoặc thay đổi giao diện thông qua việc áp dụng lớp phủ oxit kim loại lên vật liệu hoạt động hoặc dùng lớp phủ carbon trên bộ thu dòng.

Quá trình coating - Lớp phủ và làm khô slurry điện cực trên foil bộ thu dòng: Coating (thiết bị: máy coat) đề cập đến quy trình áp dụng đều đặn slurry điện cực lên foil kim loại nhôm (cathode) và đồng (anode) cùng với quá trình làm khô tiếp theo. Trong sản xuất quy mô lớn như quy trình của CATL, phương pháp coating được sử dụng là web căng qua slot die với cuộn hỗ trợ phía dưới. Trong máy coat slot die, slurry được phân tán qua khe hở slot vào foil kim loại di chuyển bên dưới.

Phương pháp slot-die coating có ưu điểm là khả năng vận hành ở tốc độ công nghiệp yêu cầu (lên tới 300ft/phút) và đạt độ dày lớp phủ đồng đều với độ chính xác cao. Việc sấy khô điện cực cũng được tích hợp trong máy coat liên tục này.

Quy trình phủ và làm khô slurry trên màng kim loại

Trong quá trình làm khô, có ba quá trình vật lý cạnh tranh diễn ra đồng thời: sự bay hơi của dung môi, sự khuếch tán của chất kết dính và sự lắng đọng của các hạt. Để đảm bảo quá trình làm khô đồng đều trong sản xuất quy mô lớn và ngăn ngừa hiện tượng cong mép hoặc để lại lượng dung môi dư thừa không đều hai bên, người ta áp dụng phương pháp nén khí. Dây chuyền máy sấy nổi có thể dài tới 70 mét, với nhiệt độ sấy dao động từ nhiệt độ phòng đến 150 °C. Nhiệt độ và tốc độ sấy có thể ảnh hưởng đáng kể đến phân bố của từng thành phần trong điện cực. Các lớp phủ được sấy ở 150 °C có lượng chất kết dính ở lớp bề mặt gấp ba lần so với lớp dưới cùng, trong khi một lớp phủ được sấy ở nhiệt độ phòng thì lại đồng nhất hơn. Chất lượng của quá trình phủ và làm khô sẽ tác động mạnh mẽ đến tính đồng nhất, tính ổn định, an toàn và tuổi thọ chu kỳ của pin được sản xuất. Bất kỳ sự không đồng nhất hoặc lỗi nào phát sinh trong giai đoạn này trên cả hai mặt của điện cực đều dẫn đến hiệu suất điện hóa kém cho pin và có thể gây ra những vấn đề về an toàn nghiêm trọng.

Quá trình cán ép điện cực để nâng cao mật độ năng lượng

Độ dày và khối lượng lớp phủ cần được kiểm soát một cách chính xác, và để tránh việc rách foil và thất bại (yếu tố giới hạn chính về tốc độ sản xuất), tốc độ cuốn và lực căng của máy phủ phải được hiệu chỉnh một cách tinh vi. Ví dụ, dây chuyền sản xuất hiện tại của CATL sử dụng các foil đồng có độ dày 6um, chiều dài 4000 mét, với tốc độ cuốn là 80 m/phút trong quá trình phủ. Cán ép - Ép điện cực đã được phủ bằng máy cán lăn nhằm nén chặt và làm đặc các điện cực lên màng kim loại thu dẫn để cải thiện mật độ năng lượng của pin, đảm bảo độ dày đồng nhất cũng như kiểm soát bụi bẩn và độ ẩm cho điện cực. Máy cán sẽ nén tấm điện cực đã được phủ đến một độ dày và mật độ đều đặn hơn. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu phù hợp cùng với thiết kế cấu trúc cũng rất quan trọng để nâng cao hiệu suất lưu trữ năng lượng cho pin. Việc điều chỉnh áp lực và nhiệt độ trong quá trình này có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuối cùng của sản phẩm.

Cắt và chuẩn bị điện cực cho quá trình cuốn

Quá trình cán là một bước quan trọng trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất của tế bào bằng cách kiểm soát độ rỗng và độ ngoằn ngoèo của điện cực. Khi áp dụng áp lực cán cao lên điện cực, độ dày của lớp hoạt chất sẽ giảm, từ đó gia tăng mật độ năng lượng thể tích. Tuy nhiên, việc cán mạnh cũng sẽ làm tăng độ ngoằn ngoèo của điện cực, điều này có thể ảnh hưởng đến trở kháng điện hóa của nó.

Để nâng cao chất lượng cắt và chuẩn bị cho quá trình cuốn, cần chú ý đến nguyên lý cắt chính xác cùng với chất lượng vật liệu điện cực như lithium, nickel và mangan. Việc lựa chọn các vật liệu có độ tinh khiết cao không chỉ giúp cải thiện hiệu suất pin mà còn đảm bảo tính đồng nhất trong sản xuất. Hơn nữa, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào quy trình cắt sẽ làm tăng tính chính xác và giảm thiểu sai sót.

Cắt (thiết bị: máy cắt) là quá trình cắt dọc theo chiều dài để chia nhỏ điện cực đã được phủ thành các lát mỏng với kích thước yêu cầu.
Cắt và chuẩn bị điện cực cho quá trình cuốn

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng

Bất kỳ sự mài nhẵn hoặc cong vênh nào được tạo ra ở giai đoạn này đều có thể làm tăng nguy cơ xảy ra ngắn mạch bên trong, điều này có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng về an toàn. Sau khi cắt, các thông số quy trình chính cần được đo là chiều rộng điện cực, độ phẳng của mép điện cực và sự hiện diện cũng như đặc điểm của các cạnh bị mẻ. Một trong những công trình trước đây của chúng tôi liên quan đến [tấm cách điện] đã đề cập đến các chiến lược an toàn thích hợp áp dụng cho tấm cách điện. Quá trình sản xuất điện cực (thiết bị: máy sản xuất điện cực) là một quá trình tích hợp bao gồm việc cắt tab điện cực, hàn tab, dán bảo vệ, dán tab hoặc cắt bằng laser để chuẩn bị cho quá trình cuốn lại.

Giới thiệu về phần 2 sẽ đề cập đến các quy trình tiếp theo

Quá trình sản xuất điện cực có thể khác nhau đáng kể tùy thuộc vào hình thức sản phẩm được tạo ra. Các tab là phần thân dẫn kim loại kết nối bộ thu dòng với mạch khi sạc và xả pin. Chất lượng của việc cắt tai điện cực và hàn tab có thể ảnh hưởng đến tính chất tiếp xúc điện của pin. Những thông số chính cần đo lường bao gồm kiểm tra quang học, độ bền kéo của tab và thử nghiệm điện trở. Hãy theo dõi Phần 2, nơi chúng ta sẽ thảo luận về các quy trình sản xuất tiếp theo. **Phần 2 sẽ sớm ra mắt...**

Reference Articles

Chia sẻ quy trình sản xuất pin lithium tuyệt vời từ CATL

Bản tóm tắt quy trình sản xuất pin của CATL này, được thu thập từ các nguồn mở trên các phương tiện truyền thông Trung Quốc, chia sẻ 3 giai đoạn sản xuất chính ...

Khám phá quy trình sản xuất pin Lithium

Đầu tiên, các nguyên liệu như Lithium Cobalt Oxide và Graphite được chuẩn bị. Sau đó, các điện cực được phủ và ghép nối, tạo thành lõi pin.

CATL giới thiệu pin EV sạc nhanh nhất thế giới, phạm vi lái tới ...

Theo thông tin từ CATL, loại pin mới của gã khổng lồ ngành pin này có khả năng sạc 4C, có nghĩa là chúng có thể được sạc đầy chỉ trong 15 phút.

Source: vneconomy.vn

Quy trình sản xuất pin lithium-ion - Lắp Điện Mặt Trời

1. Thu mua nguyên liệu thô : · 4. Xếp chồng và bao bọc tế bào: · 5. Đổ đầy chất điện phân: · 7. Kiểm tra và kiểm tra chất lượng · 8. Đóng gói và phân phối.

Cách công ty Trung Quốc thống trị ngành pin xe điện toàn ...

24 thg 12, 2021

Source: VnExpress

Thành tựu pin xe điện mang tính đột phá của Trung Quốc

Pin này không cần các kim loại quý hiếm để sản xuất vì nguyên liệu cấu thành dễ tìm. Loại pin này cũng ổn định nhiệt ở mức tốt và an toàn vì ...

Những thông tin ít biết về “vua pin xe điện” Trung Quốc vừa ký ...

Trụ sở chính và khu phức hợp sản xuất của Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL) ở Ninh Đức, tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc, tháng 1 năm 2018.

Source: vneconomy.vn

Chery và CATL giải quyết vấn đề sản xuất hàng loạt pin natri ...

24 thg 11, 2024

Source: qnict.net

福田 敏男 (Toshio Fukuda)

Expert

Related Discussions

❖ Related Articles