Så tillverkas och fungerar litiumjonbatterier

Idag finns dem överallt. De uppladdningsbara litiumjonbatterierna som driver allt ifrån mobiltelefoner till drönare och bilar. Men hur fungerar dem och på vilket sätt är vi på Lyma iblandade i tillverkningsprocessen?

Världens första kommersiella litiumjonbatteri såg dagens ljus år 1991 då Sony lanserade det i en av sina elektronikprodukter. Resultatet blev revolutionerade och snabbt följde andra tillverkare efter. Sedan dess har mycket hänt och idag är batterierna betydligt kraftfullare än de som lanserades under 90-talet.

Men vad är egentligen ett litiumjonbatteri och hur fungerar det? Enkelt förklarat är ett litiumjonbatteri ett elektrokemiskt batteri som använder sig av litiumjoner för att förflytta elektroner och generera spänning.

Tre huvudkomponenter

Ett litiumjonbatteri består av tre huvudkomponenter; en katod, en anod och en elektrolyt. Katoden, batteriets positiva pol, består av en tunn aluminiumfolie bestruken med litiumföreningar. Anoden, batteriets negativa pol, består av en tunn kopparfolie bestruken med grafit. Mellan dem finns en separator av elektrolyter som gör att de två polerna inte kommer i kontakt med varandra.
Joner i konstant förflyttning

När batteriet laddas tar sig de positiva litiumjonerna från den positiva polen genom elektrolyten och vidare till minuspolen, där de förenar sig med grafitens kolatomer. När strömmen vänds och batteriet laddas ur, åker de positiva litiumjonerna tillbaka till pluspolen. Under denna process frigörs elektroner, som skapar ström som använda för att driva elektronik. På så sätt skapas en evighetsloop som gör att batteriet kan laddas och laddas ur om och om igen.

Så fungerar tillverkningen

Tillverkningen av litiumjonbatterier har på grund av den höga efterfrågan ökat kraftigt. Idag finns flera större batteritillverkare i Norden. Det första och viktigaste steget i tillverkningen av litiumjonbatteri handlar om att framställa elektrod. Det vill säga batteriets anod och katod.

Batterislurry

Anoden som består av en blandning av kol och grafit och katoden som består av nickel, kobolt, mangan och litium blandas på varsitt håll ihop till en trögflytande massa kallad slurry. Under processen blandas materialet tillsammans med lösningsmedel i form av syror för att skapa en så hög renhet som möjligt. När slurryn är klar transporteras den till en coating-maskin som jämt fördelar massan på en tunn folie. Massa till anoden fördelas på en kopparfolie medan massan till katoden fördelas tunn aluminiumfolie som till slut får torka under flera olika temperatursteg.

Lateralt T-rör med PTFE-plast lining. De vita medieberörande delarna skyddar mot korrosion.

Lyma experter på slurry

När det kommer tillverkning av slurry besitter vi på Lyma en stor expertis. Förutom kompetens om de syror som behövs vid reningssteget kan vi bistå med kunskap om vilka rör och pumpar som ska behandla slurryn. Den varma trögflytande slurryn är en korrosiv vätska som kräver applikationer med slitstarka material.

Titan är ett bra material men på grund av dess höga pris och långa leveranstider, är i stället plast att föredra. Att här använda sig av PTFE-lindade metallrör och ventiler kan till exempel vara en god idé. Centrifugalpumpar med plastlining, där plasten väljs utifrån mediat, till exempel PE eller PVDF, ger hög driftsäkerhet och bra arbetsmiljö.

När slurryn ska pressas är kolvmembranpumpar att föredra eftersom de klarar mycket höga tryckklasser samt är torrkörningssäkra. Kolvmembranpumpar klarar att ge bra filterpressmatning vilket ger torrare och jämnare filterkakor.

Läs mer vilka produkter som passar för hantering av slurry här.

Elektrolyt

Efter att slurryn för katod och anod har torkats på aluminium respektive kopparfolie, pressas folien i en varm cylinder innan den skärs i decimeterlånga bitar som till slut stansas ut i ännu mindre delar. En maskin staplar sedan delarna av anod och katod ovan på varandra varvat med separatorer. Stapeln svetsas ihop och blir till en cell som sedan läggs i en förpackning av folie som till slut fylls med elektrolyt.

Elektrolyten droppas ner för hand i cellen genom en försluten handskbox med kontrollerad atmosfär. När elektrolyten är på plats i cellen töms den på luft tills det skapas ett vakuum. Efter en formationscykel, där cellen laddas upp två till tre gånger, förseglas den permanent och är nu färdig att användas.

Lyma kan hantera elektrolyt

Även när det kommer till Elektrolythanteringen har vi på Lyma stora kunskaper. Elektrolyt är klarflytande korrosiv vätska bestående litiumsalter (LiPF6), lösningsmedel och tillsatser som är viktigt att hantera på rätt sätt. Även här är rör, pumpar och ventiler i plast att föredra eftersom applikationer i stål kontamineras i kontakt med elektrolyt. Vi på Lyma har ett stort utbud av applikationer i olika typer plaster optimala för behandling av elektrolyt.

Läs mer om litiumjonbatterier här