Hvordan litium-ion-batterier lages og fungerer
I dag er de overalt. De oppladbare litium-ion-batteriene som driver alt fra mobiltelefoner til droner og biler. Men hvordan fungerer de, og hvordan er vi i Lyma involvert i produksjonsprosessen?
Verdens første kommersielle litium-ion-batteri så dagens lys i 1991, da Sony lanserte det i et av sine elektronikkprodukter. Resultatet var revolusjonerende, og andre produsenter fulgte raskt etter. Siden den gang har det skjedd mye, og dagens batterier er betydelig kraftigere enn de som ble lansert på 1990-tallet.
Men hva er egentlig et litiumionbatteri, og hvordan fungerer det? Enkelt forklart er et litium-ion-batteri et elektrokjemisk batteri som bruker litiumioner til å flytte elektroner og generere spenning.
Tre hovedkomponenter
Et litiumionbatteri består av tre hovedkomponenter: en katode, en anode og en elektrolytt. Katoden, batteriets positive pol, består av en tynn aluminiumsfolie belagt med litiumforbindelser. Anoden, batteriets negative pol, består av en tynn kobberfolie belagt med grafitt. Mellom dem er det en separator av elektrolytter som forhindrer at de to polene kommer i kontakt med hverandre.
Ioner i konstant bevegelse
Når batteriet lades, beveger de positive litiumionene seg fra den positive polen gjennom elektrolytten til den negative polen, der de forbinder seg med karbonatomene i grafitten. Når strømmen reverseres og batteriet lades ut, går de positive litiumionene tilbake til den positive polen. I løpet av denne prosessen frigjøres elektroner, noe som skaper strøm som brukes til å drive elektronikk. Dette skaper en evigvarende sløyfe som gjør at batteriet kan lades og utlades om og om igjen.
Slik fungerer produksjonen
På grunn av den store etterspørselen har produksjonen av litium-ion-batterier økt betydelig. I dag finnes det flere store batteriprodusenter i Norden. Det første og viktigste trinnet i produksjonen av litium-ion-batterier er produksjonen av elektroden. Det vil si batteriets anode og katode.
Batteri slurry
Anoden, som er en blanding av karbon og grafitt, og katoden, som består av nikkel, kobolt, mangan og litium, blandes sammen til en tyktflytende masse som kalles slurry. Under prosessen blandes materialet sammen med løsemidler i form av syrer for å oppnå høyest mulig renhet. Når slurryen er klar, transporteres den til en beleggmaskin som fordeler massen jevnt på en tynn film. Massen til anoden fordeles på en kobberfolie, mens massen til katoden fordeles på en tynn aluminiumsfolie, som til slutt får tørke under flere ulike temperaturtrinn.
T-rør på siden med PTFE-plastfôring. De hvite mediekontaktdelene beskytter mot korrosjon.
Lyma-eksperter på slurry
Når det gjelder produksjon av slurry, har vi i Lyma mye kompetanse. I tillegg til ekspertise om hvilke syrer som trengs i rensetrinnet, kan vi bidra med kunnskap om hvilke rør og pumper som skal behandle slurryen. Den varme, tyktflytende slurryen er en korrosiv væske som krever applikasjoner med slitesterke materialer.
Titan er et godt materiale, men på grunn av den høye prisen og de lange leveringstidene er plast å foretrekke i stedet. Slik bruker du plast her PTFE-viklede metallrør og ventiler, for eksempel, kan være en god idé. Sentrifugalpumper med plastforing, der plasten er valgt ut fra mediet, for eksempel PE eller PVDF, gir høy driftssikkerhet og et godt arbeidsmiljø.
Når slammet skal presses stempelmembranpumper er å foretrekke fordi de kan håndtere svært høye trykkklasser og er trygge ved tørrkjøring. Stempelmembranpumper gir god mating av filterpressen, noe som resulterer i tørrere og jevnere filterkaker.
Finn ut mer om produktene som egner seg for slurryhåndtering her.
elektrolytt
Etter at katode- og anodeslammet er tørket på henholdsvis aluminium- og kobberfolie, presses folien i en varm sylinder før den skjæres i desimeterlange biter som til slutt stanses ut i enda mindre deler. Deretter stabler en maskin anode- og katodedelene oppå hverandre, ispedd separatorer. Stakken sveises sammen til en celle, som deretter plasseres i en foliepakke som til slutt fylles med elektrolytt.
Elektrolytten dryppes for hånd inn i cellen gjennom en forseglet hanskeboks med kontrollert atmosfære. Når elektrolytten er på plass i cellen, tømmes den for luft til det oppstår et vakuum. Etter en formasjonssyklus, der cellen lades opp to til tre ganger, forsegles den permanent og er nå klar til bruk.
Lyma kan håndtere elektrolytt
Når det gjelder elektrolytthåndtering, har vi i Lyma også omfattende kunnskap. Elektrolytt er en klar, korrosiv væske som består av litiumsalter (LiPF6), løsemidler og tilsetningsstoffer som det er viktig å håndtere på riktig måte. Også her er plastrør, pumper og ventiler å foretrekke, ettersom stålapplikasjoner blir forurenset i kontakt med elektrolytt. Vi i Lyma har en bredt spekter av bruksområder i ulike typer plast som er optimale for behandling av elektrolytt.