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電動(dòng)汽車和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中使用的鋰離子電池將成為推動(dòng)綠色革命的驅(qū)動(dòng)力。 作者：Teledyne Dalsa 以典型的電動(dòng)汽車特斯拉Model S車型為例，其使用了超過(guò)7600節(jié)鋰離子電池。在不久的將來(lái)，這種使用大量電池的情況不會(huì)被視作典型，而是會(huì)被認(rèn)為很奇怪。 在未來(lái)幾十年，要過(guò)渡到綠色能源就必須相應(yīng)地增加電池的產(chǎn)量并提高其創(chuàng)新性。鋰離子電池將在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為綠色能源革命的主力軍，為幾乎所有東西儲(chǔ)存能量，涵蓋從電動(dòng)汽車到飛機(jī)，再到家庭和商業(yè)建筑。 鋰離子電池有三種類型：圓柱形、袋狀和方形（也稱為電池罐）。智能手機(jī)通常使用袋狀電池，而大多數(shù)家用電器則使用圓柱形電池。 全世界的電池產(chǎn)量正在快速攀升。特斯拉于2015年在內(nèi)華達(dá)州的斯帕克斯建成了其第一家“超級(jí)工廠”，用于生產(chǎn)蓄電池。特斯拉的另一家“超級(jí)工廠”位于紐約州的布法羅市，于2017年投入運(yùn)營(yíng)，主要生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。該公司計(jì)劃在未來(lái)幾年在德國(guó)柏林和美國(guó)德克薩斯州首府奧斯汀再開(kāi)設(shè)兩家工廠。歐洲電池公司Northvolt也計(jì)劃于2021年在瑞士的Skellefteå開(kāi)始大規(guī)模建造一個(gè)超級(jí)工廠。 向綠色能源過(guò)渡為全球經(jīng)濟(jì)的新行業(yè)提供了一條長(zhǎng)長(zhǎng)的跑道。隨著對(duì)太陽(yáng)能電池和蓄電池的需求增加，制造業(yè)將從中受益，并且隨著新技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將得到發(fā)展，為制造業(yè)的高速增長(zhǎng)和高生產(chǎn)力提供支持。鋰離子電池目前正處于生態(tài)和經(jīng)濟(jì)革命的前沿。 鋰離子電池是如何制造的 雖然鋰離子電池的重要性不言而喻，但從概念上而言，鋰電池的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)上，鋰離子電池的陰極（帶正電荷）和陽(yáng)極（帶負(fù)電荷）電極片交替堆疊，每層之間用隔膜隔開(kāi)。電極片之間注入液態(tài)或固態(tài)電解液，以促進(jìn)陰極片和陽(yáng)極片之間的能量轉(zhuǎn)移。 
鋰離子電池的結(jié)構(gòu)。與金屬電池相比，鋰離子電池在運(yùn)行和充電過(guò)程中更加穩(wěn)定。鋰離子電池的能量密度通常是鎳鎘電池的兩倍，但其往往比其他電池更重。 陰極片通常由鋁箔制成，而陽(yáng)極片則通常由銅箔制成。每一片均涂以特定材料，以提高導(dǎo)電性、效率和粘合力。 活性材料：決定了鋰離子電池的容量、電壓和特性。陰極活性材料通常包括鋰鈷氧化物、錳酸鋰氧化物或磷酸鐵鋰。陽(yáng)極片則通常涂有某種碳材料，如石墨或鈦酸鋰。 粘合劑：用于將混合物粘附在箔材上。 溶劑：促進(jìn)漿料中材料的混合，使混合物能夠涂附在電極片上。 此外，陰極還含有導(dǎo)電劑，以降低電池內(nèi)阻并提高導(dǎo)電性。 電極之間的隔膜由多孔聚烯烴薄膜材料制成，該材料涂有芳香族聚酰胺涂層，然后切割成一定尺寸。當(dāng)電極片疊放完成后，電極片將采用以下三種主要形式之一（圓柱形、袋狀或方形）放入電池殼中。根據(jù)電池的形狀和特性，電池殼將包括外部正極和負(fù)極端子（以與被供電設(shè)備連接）、外殼與電極堆之間的絕緣層、墊圈、排氣孔和其他元件。
圓柱形電池是首個(gè)批量生產(chǎn)的鋰電池類型之一，它由陽(yáng)極片、隔膜和陰極片按順序堆疊并卷繞而成。圓柱形電池非常適合自動(dòng)化生產(chǎn)，其形狀使得電池能夠承受更高水平的內(nèi)部壓力而不變形。圓柱形電池通常用于醫(yī)療器械、筆記本電腦、電動(dòng)自行車和電動(dòng)工具中，并且是特斯拉汽車龐大電池組中的一個(gè)組成部分。 使用相機(jī)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的質(zhì)量保證 盡管從概念上而言，鋰離子電池的制造很簡(jiǎn)單，其由有涂層的電極疊片和電解質(zhì)溶劑組成，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜且敏感。電極的涂層厚度對(duì)電池的性能甚至穩(wěn)定性都有著很大的影響。 采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的線掃描相機(jī)可有助于在鋰離子電池制造的質(zhì)量保證階段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和優(yōu)化。以Teledyne DALSA的Linea系列相機(jī)為例，此款線掃描相機(jī)可以安裝在工廠生產(chǎn)線上，可在制造過(guò)程中自由移動(dòng)，從而監(jiān)控材料的生產(chǎn)。線掃描相機(jī)非常適合用于檢查電極片，這是因?yàn)殡姌O片從卷繞到涂層再到堆疊的過(guò)程均以高速運(yùn)行。
檢測(cè)相機(jī)的激光輪廓儀可覆蓋鋰離子電池的整個(gè)制造過(guò)程。這些相機(jī)可以測(cè)量電極片和涂層的厚度，查找電極片上的表面缺陷，如凹痕、劃痕或彎曲邊緣，測(cè)量圓柱形或袋狀電池的電池殼尺寸，并監(jiān)控電池外部端子的焊接質(zhì)量。
鋰離子電池的發(fā)展?jié)摿?/strong> 電動(dòng)汽車銷量與內(nèi)燃機(jī)車銷量的比例通常可以預(yù)測(cè)鋰離子電池增長(zhǎng)率的分界線。預(yù)計(jì)到2025年，電動(dòng)汽車將占汽車銷量的10%，之后在2030年和2040年，這一比例將分別提高到28%和58%。例如，加利福尼亞州，作為美國(guó)人口最多的州，也是世界上最大的經(jīng)濟(jì)體之一，其目標(biāo)是到2035年，在該州銷售的所有新車和載客車均實(shí)現(xiàn)零排放。 由于蓄電池儲(chǔ)能通常與可再生能源成對(duì)出現(xiàn)，其中一種能源的增長(zhǎng)直接預(yù)示著另一種能源的采用。根據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）的數(shù)據(jù)，2021年美國(guó)70%的新能源產(chǎn)能將來(lái)自可再生能源（其中39%來(lái)自太陽(yáng)能，31%來(lái)自風(fēng)能）。因此，該年的蓄電池存儲(chǔ)容量也將上升，比往年增長(zhǎng)四倍。世界上最大的太陽(yáng)能電池將于2021年底在佛羅里達(dá)州投入使用。 電池制造商們需要做好準(zhǔn)備，應(yīng)對(duì)未來(lái)對(duì)鋰離子電池的需求。線掃描相機(jī)、激光輪廓儀和機(jī)器學(xué)習(xí)的使用將幫助電池制造商們優(yōu)化質(zhì)量保證流程并提高效率。 |
