Изготовление аккумуляторов для аппаратуры

Производство литий ионных аккумуляторов

Литий ионные аккумуляторы – самые качественные и долговечные источники питания, которые идеально подходят для бытовой техники и цифровых устройств. Они дороже аналогичных изделий из кадмия и никеля, поэтому их производство – прибыльный бизнес. Но в данной отрасли предпринимательства много нюансов, которые необходимо учитывать.

Нужно ли разрешение на открытие бизнеса

Перед открытием бизнеса по производству литий ионных аккумуляторов, необходимо зарегистрироваться как объект предпринимательства. Легальное изготовление батарей стоит начать с выбора юридической формы компании. Для массового производства продукции лучше всего сразу зарегистрировать ООО. Если планируется работа с частными лицами, можно зарегистрироваться как ФЛП, так как данное оформление требует меньше усилий и времени. Независимо от формы регистрации, каждый предприниматель должен понимать, что доход возможен только в случае зарегистрированной деятельности, которая внесена в реестр плательщиков.

После регистрации юридического лица следует зарегистрировать налог на добавленную стоимость (НДС) и открыть банковский счет. Также должны быть оформлены необходимые документы о праве собственности на здание, в котором планируется производство литий ионных аккумуляторов с перечнем обязательных требований к нему.

Особенности производства

Технологии производства литий ионных аккумуляторов довольно существенно различаются, поскольку существуют батареи различных характеристик и форм-факторов. Для аккумуляторов всех форм-факторов существует алгоритм производства, включающий в себя следующие этапы:

• Изготовление электродов.
• Сборка электродов в аккумуляторы.
• Установка защиты.
• Упаковка в пластиковый корпус.
• Заливка электролитом.
• Герметизация.
• Тестирование.
• Зарядка.

Особенности производства связаны с применением высокоактивных химикатов, которые используются в литиевых ячейках. Катоды и аноды похожих форм производятся на таком же оборудовании, их нельзя смешивать во избежание разрушения батареи. Для производства анодов и катодов нужны разные помещения. Для современного производства литий ионных аккумуляторов нужны большие помещения и высокотехнологичное оборудование, которые можно импортировать из-за границы.

Требования к помещению

Такой многостадийный процесс, как производство батареек, требует тщательного контроля качества продукции и специального оборудования, которое требуется для изготовления аккумуляторов различных типов. Процесс производства таких изделий сопровождается выделением большого количества вредных веществ, поэтому важно, чтобы производственный цех находился в промышленной зоне. Аккумуляторное помещение обычно имеет пять зон:

В ремонтном отсеке устанавливают подъемные механизмы с взрывозащищенным исполнением. В щелочном отделении осуществляют зарядку и хранение аккумуляторов, размещают шкафы с вытяжками. Комната с необходимой зарядной аппаратурой должна быть отделена от других помещений противопожарной стеной.

Общеобменная вентиляция и защита от взрыва – необходимость для всех зон с химически активным фоном. В случае отключения вентиляции должна быть предусмотрена автоматическая блокировка тока для зарядки аппаратуры. Для освещения применяются взрывозащищенные светильники и лампы.

Средства для пожаротушения должны быть установлены во всех функциональных пространствах цеха!

Материалы

Основы для производства анодов и катодов поставляются в виде черного порошка мелкой фракции. Частицы гладкой сферической формы имеют закругленные края. Здесь очень важно качество продукции, поскольку шелушащаяся поверхность и острые кромки особенно чувствительны к высокой электрической нагрузке. Для производства катодов применяют смесь кобальта и никеля, иногда в состав включается марганец.

Для призматических литий ионных аккумуляторов нужны прямоугольные электроды, укладываемые через сепаратор друг на друга. Для улучшения стабильности применяют электролитные добавки, которые предотвращают деградацию раствора. Состоят они из органических растворителей. Надежный электролит выдерживает высокие температуры и напряжение, обеспечивает подвижность ионов лития, что приводит к увеличению срока эксплуатации батареи.

Для сборки электродов необходим высококачественный фиберглассовый стеклопластик с возможностью приваривания токовывода, заливки электролитов и герметичного закрытия.

Технология изготовления

Сходные по форме аноды и катоды имеют различное содержание. Смешивать мелкие компоненты перед нанесением на аноды и катоды не допускается. Изготовление разнозаряженных лент для литий ионных аккумуляторов допускается только на отдельных производственных площадках. Технология изготовления батареи включает в себя четыре основных этапа:

• Первый этап – активный слой подготавливается для нанесения на фольгу. Из состава делают однородную массу и нагревают ее в трубчатой печи. Сырье поступает на мельницу. Здесь слой перемалывается до состояния мелкодисперсных частиц и полной однородности. Сырье наносится на проводящие ленты и закрепляется в термопечах. Заготовку прокатывают прессом, после чего она направляется в цех сборки.
• Второй этап – нарезка материалов на листы или ленты, сушка, сборка анодов и катодов в многослойные конструкции. Соединение анодных и катодных лепестков ультразвуковой сваркой, вывод контакта на токосъемник. Здесь аккумулятору придают нужную форму, и элемент проверяется на КЗ.
• Третий этап – приваривание отрицательной клеммы и создание углубленного контура для последующего впаивания покрышки. Закачка порции электролитов в корпус в атмосфере инертного газа, установка, центровка и сваривание покрышки, обеспечение герметичности корпуса. Обертывание готового элемента термоусадочной пленкой. Проведение первичной зарядки литий ионного аккумулятора.
• Четвертый этап – выполнение контроля качественных характеристик батареи, проверка емкости и замер сопротивления. Хранят батареи при оптимальной температуре 0-10 градусов.

Залог высокого качества производства литий ионных аккумуляторов – точный подбор электрохимических характеристик элементов и проведение пробных испытаний конечного продукта.

Оборудование

Такой сложный производственный процесс как изготовление аккумуляторных батарей требует соответствующего оборудования. Так, цех необходимо оборудовать следующей аппаратурой:

• спектрометром-анализатором химического состава сырья;
• электронными микроскопами с функцией сканирования;
• калориметрами для определения тепловых свойств материалов и ячеек;
• вибрационными столами и климатическими камерами для настройки производительности ячеек;
• тестирующим оборудованием для определения срока службы батареи и циклов ее зарядки.

Сейчас подобное оборудование можно приобрести как от отечественных производителей, так и от импортных. Особенности аппаратуры могут отличаться в зависимости от типа изготовляемой продукции. Ориентировочная цена технологического оборудования для лаборатории составляет от 100 до 350 тысяч долларов США.

Сбыт продукции

Широкая область применения таких изделий как литий ионные аккумуляторы, предоставляет большие возможности для сбыта товара. Литий ионные батареи применяются в современных смартфонах и планшетах, электромобилях, гидроскутерах, ручных и садовых инструментах. Использование этого источника питания активно внедряется на рынке подъемного-транспортного оборудования. Поэтому при налаживании бизнеса предпринимателям не составит труда найти деловых партнеров для организации сбыта качественно изготовленных литий ионных аккумуляторов. При этом важно придерживаться баланса низкой себестоимости продукции и окончательной стоимости товара для привлечения потенциальных покупателей и обеспечения своего предприятия достаточным доходом для продолжения деятельности.

В целом, производство такой продукции как литий ионные аккумуляторы, является достаточно сложным делом с производственной и юридической точки зрения. Но, достигнув успеха в преодолении трудностей для открытия этого бизнеса, можно рассчитывать на стабильный доход и потребительский спрос на изготовляемые изделия.

Подписывайтесь на нас во Вконтакте и Яндекс Дзен.

Источник

Технология производства батарей

Задачи по автономному электропитанию современной специализированной аппаратуры и промышленного оборудования часто выходят за рамки технических возможностей стандартных бытовых аккумуляторов и элементов питания. Для решения таких задач компания «Свободная Энергия» осуществляет проектирование и производство систем автономного питания для широкого спектра аппаратуры на основе промышленных первичных и вторичных химических источников тока (ХИТ).

К первичным ХИТ относятся неперезаряжаемые элементы питания различных химических систем. Наиболее востребованными в настоящее время являются литий-тионилхлоридные элементы, благодаря своим уникальным свойствам.

Ко вторичным ХИТ относятся перезаряжаемые аккумуляторы. В нашем производстве используются аккумуляторы следующих химических систем:

никелевые: NiCd (никель-кадмиевые) и NiMh (никель-металлогидридные);
литиевые: Li-ion (литий-ионные) и Li-pol (литий-полимерные).

Процесс промышленного производства аккумуляторных батарей включает в себя следующие стадии:

I. Выбор химической системы и типа аккумуляторов

Любая NiCd, NiMh, Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных единичных индустриальных аккумуляторов (промышленных элементов). Промышленные элементы имеют значительные отличия от бытовых аккумуляторов:

• «плюсовой» контакт конструктивно не выступает за габариты элемента, имеет большую площадь и предназначен для сварного соединения с ленточным проводником;
• бытовые аккумуляторы имеют 5 стандартных типоразмеров, индустриальные – более 20;
• при производстве бытовых аккумуляторов делается упор на снижение себестоимости и увеличение емкости, а при производстве индустриальных на увеличение срока службы, стабильность характеристик при длительной эксплуатации и идентичность элементов одной партии;

Это необходимо для согласованной работы элементов в составе батареи. Высокое качество индустриальных аккумуляторов достигается, в том числе за счет некоторого снижения максимальной емкости, которая в среднем меньше на 10-15%, чем у бытовых аккумуляторов аналогичного типоразмера. На складе нашей компании постоянно имеется в наличии большой ассортимент промышленных элементов различных производителей. Мы всегда можем выбрать элементы, подходящие по типоразмеру, химической системе, емкости и другим параметрам для оптимального решения задачи заказчика на этапе проектирования.В плановом снабжении производства комплектующими элементами нам помогают партнерские отношения со всеми российскими дистрибьюторами мировых производителей индустриальных аккумуляторов и собственные каналы прямых поставок.

II. Диагностика, отбраковка и подбор элементов по идентичности параметров

Залогом высокого качества конечного изделия является точный подбор по электрохимическим характеристикам всех элементов, из которых состоит аккумуляторная батарея. Несмотря на сложность данной задачи, особенно применительно к серийному производству батарей, наша компания уделяет ей первостепенное внимание и имеет в своем арсенале широкий спектр диагностической аппаратуры.

Любые индустриальные NiCd, NiMh, Li-ion и Li-pol аккумуляторы одного типоразмера и номинала емкости на выходе с конвейера завода имеют разброс по техническим параметрам, а некоторый процент элементов обладает характеристиками ниже допустимых и подлежит отбраковке. Для сортировки аккумуляторов по идентичности характеристик и выявления бракованных элементов необходимо проводить их многоэтапное тестирование на специализированной аппаратуре.

Проведение подобных испытаний позволяет в несколько раз увеличить срок службы производимых аккумуляторных батарей. Нормативная документация определяет разброс значения емкости для элементов, входящих в батарею – не более 5%. Величина разброса имеет особое значение в случаях, когда от стабильности работы системы питания зависит возможность выполнения ответственных задач.

Перед тестированием аккумуляторы могут подвергаться максимальному воздействию, характерному для предполагаемых условий эксплуатации. Например, элементы аккумуляторных батарей для каротажного оборудования проходят предварительный прогрев в условиях повышенных температур. Основными определяющими параметрами подбора элементов в батарее являются емкость, внутреннее сопротивление и ток саморазряда. Емкость измеряется на зарядно-разрядных стендах. Помимо самого измерения производится предсборочное циклирование элементов для вывода их на рабочий режим. Данные о величине емкости каждого элемента поступают для обработки на компьютер. С помощью специальных программ производится анализ полученных данных и подбор элементов по батареям.

По величине внутреннего сопротивления ХИТ, являющегося обобщенной характеристикой, можно сделать вывод о качестве аккумулятора, максимальном токе нагрузки и сроке службы, а также провести как первичную отбраковку, так и окончательную сортировку.

Явление саморазряда представляет собой потерю части накопленной емкости аккумулятора при хранении. Измерение саморазряда производится только для батарей с наивысшими требованиями к качеству, так как является длительным и дорогостоящим процессом.

В настоящее время мы осуществляем проектирование многоканального анализатора аккумуляторов с конструкцией собственной разработки, предназначенного в первую очередь для поточной диагностики элементов при промышленном производстве батарей.

III. Монтаж межэлементных электрических соединений

Электрическое соединение осуществляется методом точечной сварки при помощи стальной ленты с никелевым покрытием и специализированных сварочных аппаратов с расщепленным электродом. Производственный участок нашей компании располагает парком сварочных аппаратов собственной конструкции. Метод точечной сварки обеспечивает механическую прочность, надежный электрический контакт с малым сопротивлением и устойчивость к коррозии в месте контакта. Кроме того, точечная сварка дает высокую скорость сборки и минимальный нагрев аккумуляторных элементов, что очень важно для качества собираемой батареи. Пайка используется только для соединения ленточных оконечных контактов батареи с разъемами и другими компонентами.

Паяные соединения для сборки аккумуляторных батарей не применяются по следующим причинам:

• перегрев при пайке приводит к повреждению активной массы элементов, а иногда и к выходу из строя аварийного клапана на «плюсе»;
• — при заряде/разряде происходит нагрев аккумуляторов, что может привести к уменьшению прочности паяных соединений;
• — паяные соединения подвержены активному окислению и коррозии.

IV. Оснащение батареи элементами защиты и контроля

Для обеспечения защиты аккумуляторной батареи в соответствии с техническими требованиями на этапе сборки производится ее оснащение компонентами и системами защиты. Согласно области применения, может требоваться защита от короткого замыкания выходных контактов, перегрева батареи, перегрузки, перезаряда, дисбаланса элементов и глубокого разряда. Защита может представлять собой сочетание компонентов различной сложности: от простых самовосстанавливающихся предохранителей до сложных микроконтроллерных устройств.
Для изготовления аккумуляторных батарей во взрывопожаробезопасном исполнении производится монтаж токоограничительных защитных выходных схем.

При производстве любых Li-ion и Li-pol аккумуляторных батарей монтируются индивидуальные микроконтроллерные платы защиты и балансировки. Для получения в процессе эксплуатации подробной информации о текущем состоянии аккумулятора и об истории его работы возможно оснащение батареи специализированными системами сбора и хранения данных.

V. Изготовление корпуса батарей

В зависимости от требований к физической надежности батареи, продиктованных условиями и средой эксплуатации, возможны различные варианты исполнения корпуса.

1. В случае, когда батарея интегрирована в оборудование, корпус которого берет на себя основные защитные функции, достаточным является обтягивание батареи термоусадочной пленкой. Пленка является материалом для взаимной жесткой фиксации элементов батареи и обеспечения внешней электрической изоляции межэлементных соединений при транспортировке, монтаже и эксплуатации.
2. Аккумуляторные батареи, извлекаемые из корпуса мобильного устройства для быстрой замены или индивидуальной зарядки, а также батареи для эксплуатации во взрывоопасных зонах оснащаются монолитным заливным корпусом. Корпус, изготовленный данным методом, позволяет значительно повысить устойчивость батареи к единичным механическим и постоянным вибрационным воздействиям, а также сгладить влияние резких температурных перепадов. Хорошие диэлектрические свойства материала обеспечивают надежную изоляцию батареи от корпуса аппаратуры.

3. Более технологичным для серийного производства аккумуляторов (более 100 штук в месяц) является составной пластиковый корпус. Детали корпуса изготавливаются методом литья на термопласт-автоматах и соединяются в единый корпус клеящими составами или ультразвуковой сваркой.
4. При высоких требованиях к прочности корпуса для работы в условиях повышенных температур, высокой вибрации и ударных нагрузках, аккумуляторная батарея помещается в фиберглассовый (стеклопластиковый) корпус. Полости между элементами батареи и корпусом заполняются компаундом. Батареи с подобной защитой способны надежно работать в самых экстремальных условиях, вплоть до систем телеметрии при бурении нефтяных скважин и в различной каротажной аппаратуре.

Технология производства батарей автономного электропитания на основе первичных ХИТ (элементов питания) включает в себя все перечисленные стадии, за исключением этапа №2 диагностики, так как используемые элементы не являются перезаряжаемыми.

Источник