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Cubic Li-battery Manufacturing Process Sensing Lösungen

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Cubic neueste Sensorik-Innovationen erfüllen Überwachungsanforderungen in jeder Phase der Lithium-Batterieproduktion

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Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erfordert eine hochgradig kontrollierte Umgebung, strenge Sicherheitsprotokolle und robuste Qualitätssicherungsmechanismen in jeder Phase der Produktion.

Der Prozess ist in der Regel in fünf Hauptschritte unterteilt:
Step 1: Materialaufbereitung
Step 2: Herstellung von Elektroden
Step 3: Zusammenbau der Zellen
Step 4: Formierung und Alterung
Step 5: Abschließende Prüfung

In jeder dieser Phasen gewährleistet die Integration von Lösungen zur Überwachung der Umgebungsluft, der Sicherheit und der Prozessqualität nicht nur die Produktkonsistenz und -sicherheit, sondern auch die betriebliche Effizienz und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Anforderungen an die Überwachung der Lithiumbatterieproduktion in jeder Phase

In jeder Phase der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien in Reinräumen sind strenge Überwachungs- und Kontrollmaßnahmen von entscheidender Bedeutung, um die Einhaltung von Reinraumvorschriften, Produktqualität, Sicherheit und Betriebseffizienz zu gewährleisten.

In der Phase der Materialvorbereitung beeinflussen Schwebstoffe und Luftfeuchtigkeit die Reaktivität und Dispersion der Materialien erheblich. Gleichzeitig kann bei der Handhabung von Hochnickelkathoden oder Anoden auf Siliziumbasis in der Materialvorbereitungsphase Spurenfeuchte zu Oxidation oder Agglomeration führen und die Produktqualität beeinträchtigen. Daher sind die Überwachung von Feuchtigkeitsspuren und die Aufrechterhaltung einer stabilen Luftfeuchtigkeit von entscheidender Bedeutung, um eine Instabilität des Materials zu verhindern und optimale Bedingungen für die Verarbeitung zu gewährleisten.

Bei der Herstellung von Elektroden wird üblicherweise N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel für die Aufschlämmung verwendet. NMP ist jedoch sehr flüchtig und entflammbar, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt. Eine kontinuierliche Überwachung der NMP-Dampfkonzentration ist notwendig, um Brand- oder Toxizitätsgefahren zu vermeiden.

In der Phase der Zellmontage ist das Auslaufen von Elektrolyt ein kritisches Risiko, insbesondere wenn der Elektrolyt korrosiv und flüchtig ist. Jede Leckage kann zu Bränden, Korrosion oder anderen Sicherheitsproblemen führen, so dass es unerlässlich ist, Leckageerkennungssysteme zu implementieren, um Risiken sofort zu erkennen und zu mindern. Darüber hinaus ist die Aufrechterhaltung einer sauberen Umgebung während der Zellmontage entscheidend, um Verunreinigungen zu vermeiden und die für eine hochwertige Produktion erforderliche Präzision zu gewährleisten. Die Batteriemontage birgt auch potenzielle Gefahren, wie z. B. Mikrokurzschlüsse oder örtliche Überhitzung, die zu thermischen Durchschlägen führen können. Die Überwachung auf Gase wie Rauch, Kohlenmonoxid und verdampftes Elektrolyt ist notwendig, um frühe Anzeichen thermischer Instabilität zu erkennen, die ein schnelles Eingreifen ermöglichen und die Sicherheit gewährleisten.

Die Entstehungs- und Alterungsphase ist eine der risikoreichsten Phasen bei der Herstellung von Batterien, da Hitze, Gasausdehnung und strukturelle Spannungen auftreten, wenn die Batterie zum ersten Mal geladen wird. Die Überwachung von Gasemissionen, einschließlich Rauch, Kohlenmonoxid und Elektrolytdämpfen, ist für die Erkennung abnormalen Verhaltens und die Verhinderung potenzieller Zwischenfälle von entscheidender Bedeutung. Die frühzeitige Erkennung von Gasfreisetzungen kann als Warnzeichen für ein thermisches Durchgehen dienen und eine schnelle Reaktion und Risikominderung ermöglichen. Um das Unfallrisiko zu minimieren, sollten während der Entstehungs- und Alterungsphase wirksame Systeme zur Brandbekämpfung und Gefahrenüberwachung eingesetzt werden.

In der letzten Testphase werden die Batterien strengen Kontrollen unterzogen, um Qualität und Sicherheit zu gewährleisten. Die Lecksuche ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses, um sicherzustellen, dass kein Elektrolyt ausläuft und die Integrität der Batterie gefährdet. Die Überwachung des thermischen Durchgehens kann bei der Ursachenanalyse von anormalen Batteriezellen helfen, die Rückverfolgbarkeit verbessern und eine kontinuierliche Prozessverbesserung ermöglichen.

Lösungen zur Prozessüberwachung bei der Herstellung kubischer Li-Batterien

Um den Überwachungsanforderungen in jeder Phase der Li-Batterieherstellung gerecht zu werden, hat Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, seine ausgereiften Technologien in den Bereichen Lichtstreuung, NDIR, TDLAS, MEMS MOX, MEMS Wärmeleitfähigkeit und Laser Raman genutzt, um ein komplettes Produktportfolio für den Li-Batterieherstellungsprozess zu entwickeln, das die Überwachung der Luftqualität, des Prozesses und der Qualität sowie die Überwachung der Produktionssicherheit ermöglicht.

Überwachung der Umweltluftqualität

Die Überwachung der Umgebungsluftqualität ist bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien unerlässlich, um die Integrität des Materials, die Sicherheit der Mitarbeiter und die Präzision des Prozesses zu gewährleisten. Die Kontrolle der Luftqualität, einschließlich der Partikel, der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur, beugt Verunreinigungen, chemischer Instabilität und Sicherheitsrisiken vor. Die Überwachung der Luftqualität gewährleistet außerdem die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften im Reinraum, unterstützt eine qualitativ hochwertige Produktion und erhöht die Betriebssicherheit in allen Phasen des Herstellungsprozesses.

Um die Luftqualität in der Batterieproduktion rechtzeitig zu überwachen und zu kontrollieren, hat Cubic seine ausgereifte Lichtstreutechnologie eingesetzt, um eine Reihe von optischen Partikelzählern zu entwickeln, die zur Partikelüberwachung in Reinraumproduktionsumgebungen eingesetzt werden und die Anzahl der Schwebeteilchen verschiedener Größen in der Luft pro Volumeneinheit im Reinraum in Echtzeit überwachen.

Die optischen Online-Partikelzähler OPC-6303DS/OPC-6510DS/OPC-6511DS verwenden das einzigartige intelligente Staubquellen-Identifizierungsmodul von Cubic, das eine hohe Effizienz bei der Partikelidentifizierung und eine hohe Nachweisgenauigkeit bietet. Der eingebaute Ultraschall-Gasflusssensor ermöglicht eine konstante Probenahme von 28,3 l und eine außergewöhnliche Langzeitstabilität der Daten. Die kubischen optischen Partikelzähler sind mit einem 3,5-Zoll-Touchscreen ausgestattet, der Informationen zur Partikelgröße und Warnhinweise anzeigt. Wenn die Partikel den vordefinierten Schwellenwert erreichen, gibt der eingebaute Summer ein Warnsignal aus, was für die Überwachung in Reinräumen der Schaltschrankfertigung nützlich sein kann. Die geräuscharme Turbinenlüfter-Probenahme ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung mit hoher Stabilität und langer Lebensdauer. Das Gerät erfüllt außerdem die Anforderungen der Normen IS014644-1:2015, der aktualisierten Version von GMP, JF1190-2008 und GB/T6167-2007 und ist somit allgemein in Reinräumen der Klassen 100, 1000, 10.000 und 100.000 einsetzbar.

Darüber hinaus nutzte Cubic die TDLAS-Technologie zur Entwicklung von Spurensensoren für die Überwachung der Luftfeuchtigkeit sowie NDIR- und MEMS MOX-Technologien für HVAC-Thermostate zur Kontrolle der Raumluftqualität. Sie ermöglichen die Echtzeitüberwachung von CO₂-, VOC- und PM2,5-Werten, wodurch Reinraum-HVAC-Systeme in die Lage versetzt werden, den Luftstrom dynamisch anzupassen, die Belüftung zu optimieren und die Partikelkonzentration in Innenräumen zu erhalten.

Prozess- und Qualitätsüberwachung

Bei der Herstellung von Lithiumbatterien ist die Überwachung des Auslaufens des Elektrolyten und des thermischen Durchgehens von entscheidender Bedeutung. Elektrolyte enthalten im Allgemeinen brennbare und giftige organische Lösungsmittel und Lithiumsalze. Wenn sie auslaufen, gefährden sie nicht nur die Gesundheit des Personals und der Werkstattausrüstung, sondern können auch schwere Sicherheitsunfälle wie Brände und Explosionen verursachen. Gleichzeitig wird ein thermisches Durchgehen oft durch kleine Anomalien ausgelöst. Fehlt es an einer wirksamen Überwachung, kann dies katastrophale Folgen haben. Daher wird der Einsatz von Prozess- und Qualitätsüberwachung für Elektrolytleckagen und thermisches Durchgehen das Risiko von Unfällen effektiv reduzieren und die Sicherheit von Personal und Umwelt gewährleisten, während gleichzeitig die Ausbeute der Produktionslinien verbessert wird, um die immer strengeren Sicherheitsvorschriften zu erfüllen.
Cubic hat auf der Grundlage seiner umfassenden Gassensortechnologieplattform mehrere Technologien - darunter NDIR-Infrarot, MEMS MOX, Wärmeleitfähigkeit und Laserstreuung - innovativ integriert, um eine Reihe von Frühwarnsensoren für Thermal Runaway zu entwickeln. Die kubischen Thermal-Runaway-Sensoren überwachen effektiv Schlüsselindikatoren, die vor dem thermischen Durchgehen von Lithiumbatterien freigesetzt werden, darunter CO2, H2, CO, Temperatur, Druck und Aerosolpartikel. Die erkannten Signale werden über den CAN-Bus an das Batteriemanagementsystem (BMS) übertragen und bieten so einen zuverlässigen und rechtzeitigen Warnmechanismus zur Vermeidung des thermischen Durchgehens.
Gleichzeitig setzte Cubic seine ausgereifte Laser-Raman-Technologie für die Analyse von Thermal Runaway in Lithium-Ionen-Batterien ein. Als hochempfindliche molekulare Charakterisierungstechnik ermöglicht die Laser-Raman-Technologie die Echtzeit-Überwachung von strukturellen Veränderungen in Elektrodenmaterialien, der Zersetzung von Elektrolyten und von Grenzflächenreaktionen unter erhöhten Temperaturen oder Fehlerbedingungen. In den frühen Stadien des thermischen Durchgehens kann die Raman-Spektroskopie Schlüsselindikatoren wie CO₂, CO und Veränderungen in der Festkörperelektrolyt-Zwischenphase (SEI) nachweisen und so entscheidende Einblicke in die chemischen Prozesse liefern, die die Instabilität auslösen. Sie bietet ein leistungsfähiges Werkzeug für das Verständnis des Fortschreitens des thermischen Durchgehens und unterstützt die Entwicklung von sichereren Batteriematerialien und Wärmemanagementstrategien.
Um die Sicherheit bei der Herstellung von Li-Ionen-Batterien zu gewährleisten, müssen wirksame Maßnahmen ergriffen werden, um ein Auslaufen des Elektrolyten zu verhindern. Der von Cubic selbst entwickelte Handheld-Elektrolytleckdetektor AM4210 ist mit einem TFT-LCD ausgestattet, das nicht nur Leckagepunkte erkennen, sondern auch die Leckagekonzentration in der aktuellen Umgebung quantitativ analysieren und die aktuellen Konzentrationsdaten darstellen kann.
Überwachung der Produktionssicherheit

Bei der Herstellung von Lithiumbatterien ist die Sicherheitsüberwachung in allen Prozessen wie Elektrodenbeschichtung, Zellmontage und Elektrolytabfüllung von entscheidender Bedeutung. Eines der Hauptrisiken liegt in der Verwendung von NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidon), einem flüchtigen und giftigen Lösungsmittel, das in der Aufschlämmungs- und Beschichtungsphase häufig eingesetzt wird. Unentdeckte NMP-Dampflecks stellen nicht nur ein ernsthaftes Gesundheitsrisiko für die Arbeiter dar, sondern erhöhen auch das Risiko von Bränden und der Nichteinhaltung von Vorschriften. Der NMP-Leckdetektor von Cubic bietet eine hohe Empfindlichkeit und ein schnelles Ansprechen auf NMP-Gas in niedriger Konzentration in Echtzeit und ermöglicht so eine frühzeitige Warnung und eine wirksame Kontrolle der Belüftung, um die Arbeitssicherheit und die Kontinuität der Produktion zu gewährleisten. In Bereichen der Pulververarbeitung und der Batterieherstellung bietet der explosionsgeschützte optische Partikelzähler von Cubic eine zuverlässige Überwachung von Luftpartikeln selbst in entflammbaren Umgebungen. Die mit ATEX-zertifizierten Gehäusen und antistatischer Optik ausgestatteten Geräte ermöglichen eine genaue Messung der Partikelkonzentration in gefährlichen Bereichen und unterstützen die Prävention von Staubexplosionen sowie die Qualitätskontrolle in Reinräumen. Diese Sensorlösungen sind ein wesentlicher Bestandteil eines integrierten Sicherheitsüberwachungssystems, das die Produktion von Lithiumbatterien mit Präzision und Zuverlässigkeit sichert.

In der Lithiumbatterie-Industrie wird die Notwendigkeit der Prozessüberwachung immer deutlicher. Die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit von Lithiumbatterien hängt von einer genauen Überwachung in allen Phasen des Produktionsprozesses ab. Von der Auswahl der Rohstoffe bis zur Montage der Batterien erfordert jeder Schritt eine strenge Prozesskontrolle, um mögliche Defekte oder unsichere Faktoren zu vermeiden. Durch umfassende Überwachungslösungen verbessert Cubic nicht nur die Produktionseffizienz und die Produktqualität, sondern auch die Sicherheit und die nachhaltigen Entwicklungsmöglichkeiten der Lithiumbatterieindustrie.

Für weitere Informationen besuchen Sie bitte https://en.gassensor.com.cn/ oder kontaktieren Sie uns unter [email protected]