Lietuvoje auga susidomėjimas namų projektavimu ir savarankiška baterijų gamyba, todėl pateikiame itin išsamią ir kuo detalesnę apžvalgą apie tai, kaip iš nikelių plokščių ir lanksčių komponentų sukurti ličio jonų cilindrinį akumuliatorių, bei kaip jį saugiai ir efektyviai naudoti kasdienėse sistemose. Straipsnyje rasite žingsnis po žingsnio procesų aprašymus, patarimus dėl medžiagų pasirinkimo, suvirinimo technologijų ir kokybės užtikrinimo, pritaikytus tiek amatiniams, tiek pramoniniams projektams.
1. Žaliavos ir elektrodų paruošimas
Pradinis žingsnis yra žaliavų paruošimas: katodinės medžiagos gali būti LiFePO4, LiNiMnCoO2 (NMC), LiCoO2 ar kitos Li-jonų sistemos medžiagos, o anodo medžiagos dažnai gaminamos iš grafito. Elektrolitai dažnai yra ličio druskos tirpale organiniame tirpiklyje, o separatoriai - ploni porėtos medžiagos sluoksniai tarp katodo ir anodo.
Katodinės ir anodinės medžiagos pirmiausia sumaišomos su rišikliais ir tirpikliais, kad susidarytų suspensija, kuri vėliau dengiasi ant srovės kolektorių: vario plokštės - anodui, aliuminio plokštės - katodui. Po džiovinimo iš tirpiklių lieka vientisa danga, o išdžiūvusios plokštės supjaustomos į reikiamas formas, paruoštos surinkimui.
2. Danga, džiovinimas ir pjaustymas
Tada suspensija padengiama ant metalinio folijos substrato, kuris veikia kaip dabartinis kolekcininkas. Danga turi būti lygi ir tolygiai uždengianti, kad būtų užtikrintas stabilus elektros srautų pasiskirstymas. Po dangos išdžiūvimo plokštelės supjaustomos į norimos formos gabalus.
3. Kalendravimas, pakuotė ir paruošimas surinkimui
Džiovinti elektrodo sluoksniai yra suspausti kalendrinimo mašina, siekiant pagerinti jų tankį ir elektrinį laidumą. Tuomet sluoksniai paruošiami pakuotei: dažnai naudojamos plastikinės arba metalinės laikymo plokštelės, kuriomis užtikrinamas gnybtų tvarkingas išsidėstymas.
4. Pjaustymas, paruošimas ir blokų surinkimas
Suspausti elektrodų sluoksniai supjaustomi į specifinius dydžius ir formos, o po to sukraunami kartu su separatoriaus plėvelėmis. Tokia konstrukcija formuoja cilindrinio tipo baterijos segmeną, kuris vėliau įdedamas į korpusą.
5. Sujungimo metodai: litavimas vs taškinis suvirinimas
Norint sujungti 18650 ląsteles, jūs turite dvi galimybes: litavimą arba taškinį suvirinimą. Paprastai rekomenduojama naudoti taškinio suvirinimo rašiklius dėl nusidėvėjimo ir šilumos generavimo kontrolės: litavimas išskiria dideles sroves į ląstelę ir gali pažeisti elektrolitą bei prastinti ląstelės gyvavimo laiką.
Taškinio suvirintojo naudojimo procedūros: uždėkite nikelio juostelę ant 5 ląstelių viršaus (lygiai), perskrustykite per 10 mm pertekliaus juostelėms sujungti prie BMS, supjaustykite serijos jungtis įsmulkintas juosteles. Pasirinkite tinkamą suvirinimo rašiklį: 0,15 mm nikelio juostelėms - 4P impulsas ir 4-5 apkrova; 0,2 mm - 4P, 6P ir 7-8 apkrova. Patikrinkite suvirinimo kokybę, traukdami juostelę, ji neturi judėti žemyn.
6. BMS ir jungtys
Prieš pradedant įjungimą, reikia prijungti baterijų pakuotę prie BMS (Battery Management System). BMS turi keturias litavimo trinkeles: B-, B1, B2 ir B+. Pritvirtinkite pirmąją lygiagrią neigiamą grupę prie B-, o teigiamą galinę magistralę prie B1. Be to, galite litavimą atlikti prie PCB pado, kad užtikrintumėte tvirtą ryšį.
7. Pakuotės dizainas ir cheminių reakcijų valdymas
Norint išvengti trumpųjų sujungimų, dizaino metu į patalpą įtraukiamos atviros nikelio juostelės, o gaubtas ir laikikliai sukuria tvirtą, saugų korpusą. Taip pat svarbu užtikrinti tinkamą LPF (low purity) ar gryno nikelio pasirinkimą, kad būtų mažesnis pašalinis atsparumas.
8. Formavimas, bandymai ir apdaila
Formavimo procesas apima akumuliatoriaus įkrovimą ir iškrovimą kelis kartus, kad aktyvuotų elektrodus ir stabilizuotų paketo veikimą. Tuomet atliekami testai: talpa, įtampa, vidinė varža ir išbandoma šiluminė ištvermė. Po sėkmingų bandymų pakuotė įdedama ir pažymima, į ją įtraukiamos saugumo priemonės nuo trumpųjų jungimų ir kitų pavojų. Paketą galima laikyti kaip cilindrinę 18650 bateriją su 2 galiniais terminalais, kuriuos galima įkrauti 12,6 V AC adapteriu.
9. Kaip veikia Ličio jonų cilindrinės baterijos gamyba žingsnis po žingsnio
1) Žaliavų paruošimas: katodinės medžiagos, anodo medžiagos, elektrolitai ir separatoriai. 2) Elektrodų paruošimas: suspensijos padengimas ant srovės kolektorių ir džiovinimas. 3) Surinkimas: katodas ir anodas suvynioti su separatoriumi į cilindrinę formą, įdedant į korpuso vamzdį ar lankstų maišelį. 4) Formavimas: akumuliatoriaus įkrovimas/ iškrovimas kelis kartus. 5) Bandymas: talpa, įtampa, vidinė varža, saugumo testai. 6) Pakuotė: izoliacija, etiketė, ėmimas. 7) Perdirbimas: likvidavimas, atkuriamos medžiagos, tokios kaip litis, kobaltas ir nikelis.
10. Kainos, kokybė ir pirkimo patarimai
Rinkoje dominuoja daugybė 18650 ląstelių tipų, kurių kaina svyruoja nuo 1 iki 10 USD, tačiau patartina rinktis žinomų gamintojų ląsteles, pvz., Panasonic, Samsung, Sanyo, LG. Reikėtų vengti nepatikimų prekės ženklų, kurie gali būti laikomi gamyklos atmetimu. Į ką atkreipti dėmesį: ląstelių įtampa turi būti vienoda, o viršūninė įtampa - artima 3,5-3,7 V, kai jos naujos. Jei naudojate senas baterijas - įsitikinkite, kad jų įtampa yra artima viena kitai, kitaip sujungti gali būti pavojinga.
11. Taikymas: kur ir kaip naudoti šiuos akumuliatorius
Svarbiausia naudoti BMS saugumui ir efektyvumui. Tokios baterijos tinka elektrinėms transporto priemonėms, saulės energijos kaupimo sistemoms, taip pat kasdieniams prietaisams, kuriems reikia patikimos energijos šaltinio su dideliu energijos tankiu.
12. Naudojimo patarimai ir saugumas
Norint užtikrinti ilgalaikį baterijų veikimą, laikykite jas 20-25°C temperatūros aplinkoje, vengiant aukštesnių nei 60°C ar žemesnių nei 0°C, nes tai gali rimtai paveikti ciklo trukmę ir našumą. Įkrovimo metu nepersistenkite su srove ir venkite pernelyg didelio įkrovimo - naudokite BMS ir tinkamus įkroviklius. Jei įtampa nukrinta per žemai arba ląstelės skiriasi įtampa, sustabdykite įkrovimą ir patikrinkite sujungimus bei kontaktus. Gali būti naudinga pradėti nuo naujų ląstelių, kurios turi artimų įtampų lygį, ir naudoti patikimą įkrovimo įrangą.
- Pradėkite nuo naujų, vienodos įtampos ląstelių.
- Patikrinkite ląstelių lygiavertį įtempimą prieš sujungimą.
- Naudokite hobio klasės suvirintoją arba profesionalų įrankį su geringيا.
- Prijunkite BMS: B-, B1, B2 ir B+ sujungimai turi būti tvarkingi.
- Surinkitų ląstelių pakuotę į 5P ar kitas konfigūracijas pagal poreikį.
- Atlikite formavimą ir išbandykite talpą bei įtampą.
Specifiniai paminėjimai iš čia pateikto teksto
18650 m. baterija išpopuliarėjo XXI amžiaus pradžioje ir išlieka plačiai naudojama mūsų kasdieniame gyvenime. INR 18650 33 V ličio jonų įkraunama baterija siūlo 3300 mAh talpą, nominalią 3,6 V įtampą ir ciklo tarnavimo laiką iki 1000 kartų. Svarbu laikytis kokybės kontrolės standartų, naudoti geros reputacijos gamintojų ląsteles, ir įrenginėti BMS, apsaugant nuo per didelio įkrovimo, per didelio išsikrovimo, trumpųjų jungimų ir perkaitimo.