Sådan fremstilles og fungerer litiumionbatterier
I dag findes de overalt. De genopladelige litiumionbatterier, som driver alt fra mobiltelefoner til droner og biler. Men hvordan fungerer de, og på hvilken måde er vi hos Lyma involveret i fremstillingsprocessen?
Verdens første kommercielle litiumionbatteri så dagens lys i 1991, da Sony lancerede det i et af sine elektronikprodukter. Resultatet blev revolutionerende, og hurtigt fulgte andre producenter efter. Siden er meget sket, og i dag er batterierne betydeligt stærkere end dem, der blev lanceret i 1990’erne.
Men hvad er egentligt et litiumionbatteri, og hvordan fungerer det? Groft sagt er et litiumionbatteri et elektrokemisk batteri, der benytter litiumioner til at flytte elektroner og generere spænding
Tre hovedkomponenter
Et litiumionbatteri består af tre hovedkomponenter; en katode, en anode og en elektrolyt. Katoden, batteriets positive pol, består af en tynd aluminiumfolie belagt med litiumforbindelser. Anoden, batteriets negative pol, består af en tynd kobberfolie belagt med grafit. Mellem dem findes en separator af elektrolytter, som gør, at de to poler ikke kommer i kontakt med hinanden.
Ioner i konstant bevægelse
Når batteriet lades, flyttes de positive litiumioner fra den positive pol gennem elektrolytten og videre til minuspolen, hvor de danner forbindelse med grafittens kulatomer. Når strømmen vendes og batteriet aflades, vender de positive litiumioner tilbage til pluspolen. Under denne proces frigøres elektroner, der skaber strøm, som bruges til at drive elektronik. På den måde skabes et evighedsloop, som gør, at batteriet kan oplades og aflades om og om igen.
Sådan fungerer fremstillingen
Fremstillingen af litiumionbatterier er tiltaget kraftigt på grund af den store efterspørgsel. I dag er der flere store batteriproducenter i Norden. Det første og vigtigste trin i fremstillingen af litiumionbatterier handler om at fremstille elektroder. Det vil sige batteriets anode og katode.
Batterislam
Anoden, som består af en blanding af kul og grafit, og katoden, som består af nikkel, kobolt, mangan og litium, blandes hver for sig sammen til en tyktflydende masse kaldet slam. Under processen blandes materialet sammen med opløsningsmiddel i form af syrer for at opnå en så høj renhed som muligt. Når slammet er klart, transporteres det til en coating-maskine, som fordeler massen jævnt på en tynd folie. Massen til anoden fordeles på en kobberfolie, mens massen til katoden fordeles på en tynd aluminiumfolie, som til sidst skal tørre gennem flere forskellige temperaturtrin.
T-rør på siden med PTFE-plastforing. De hvide mediekontaktdele beskytter mod korrosion.
Lyma er eksperter i batterislam
Når det kommer til fremstilling af slam, har vi hos Lyma en omfattende ekspertise. Ud over kompetencer inden for de syrer, der kræves ved rengøringstrinnet, kan vi assistere med viden om, hvilke rør og pumper der skal behandleslammet. Det varme, tyktflydende slam er en korrosiv væske, som kræver udstyr med slidstærkt materiale.
Titan er et godt materiale, men på grund af den høje pris og lange leveringstider, er plast at foretrække i stedet. Her kan det f.eks. være en god idé at benytte PTFE-beklædte metalrør og ventiler. Centrifugalpumper med plastbeklædning, hvor plasten vælges ud fra mediet, f.eks. PE eller PVDF, giver høj driftssikkerhed og et godt arbejdsmiljø.
Når slammet skal presses, er stempelmembranpumper at foretrække, eftersom de klarer meget høje trykklasser og desuden er sikret mod tørløb. Stempelmembranpumper formår at give en god filterpresse-tilførsel, hvilket resulterer i mere tørre og ensartede filterkager.
Læs mere om, hvilke produkter der egner sig til håndtering af slammet her.
Elektrolytter
Efter at slammet til katode og anode er tørret på hhv. aluminium- og kobberfolie, presses folien i en varm cylinder, inden den skæres i decimeterlange stykker, som til sidst udstanses i endnu mindre dele. En maskine stabler derefter delene af anode og katode oven på hinanden med separatorer imellem. Stablerne svejses sammen og bliver til en celle, der derefter lægges i en emballage af folie, der til sidst fyldes med elektrolyt.
Elektrolytten puttes manuelt ned i cellen gennem et lukket handskerum med kontrolleret atmosfære. Når elektrolytten er på plads i cellen, tømmes den for luft, til der er skabt et vakuum. Efter en formationscyklus, hvor cellen oplades to til tre gange, forsegles den permanent og er nu klar til brug.
Lyma kan håndtere elektrolytter
Også når det kommer til elektrolythåndteringen, har vi en stor ekspertise hos Lyma. Elektrolyt er klart flydende korrosiv væske bestående af litiumsalte (LiPF6), opløsningsmiddel og tilsætningsstoffer, som er vigtige at håndtere på den rette måde. Også her er rør, pumper og ventiler i plast at foretrække, eftersom udstyr af stål kontamineres i kontakt med elektrolyt. Hos Lyma har vi et stort udvalg af udstyr i forskellige typer plast, der er optimale til behandling af elektrolyt.