Procés de producció de bateries de cèl·lules prismàtiques: una guia completa

Presentació

Les bateries prismàtiques d’alumini s’han fet cada cop més populars en vehicles elèctrics (EVS) i sistemes d’emmagatzematge d’energia (ESS) a causa de la seva alta eficiència volumètrica, robustesa mecànica i facilitat de muntatge modular. En comparació amb les cèl·lules cilíndriques i de les bosses, les cèl·lules prismàtiques ofereixen un equilibri entre la densitat d’energia, el rendiment tèrmic i la força mecànica. Aquest article descriu el procés de producció complet, des de matèries primeres fins al paquet de bateries muntats finals.

Materials càtodes

Els materials de càtodes comuns inclouen:

Fosfat de ferro de liti (LFP)

Oxid de cobalt de níquel de manganès (NMC)

L’òxid d’alumini de cobalt de níquel de liti (NCA)

Aquests materials es sintetitzen mitjançant reaccions d’estat sòlid a temperatures altes (normalment 700-900 grau) per aconseguir una cristalinitat alta.

Materials d'ànodes

L’ànode sol fer -se a partir de:

Grafit (artificial o natural)

Composit de silici-carboni (per a cèl·lules d’alta energia)

Les matèries primeres es processen per aconseguir la mida de partícula optimitzada, la superfície i la densitat de l’aixeta.

Electròlit

L'electròlit és normalment asal de liti(LIPF6) dissolt en una barreja de dissolvents orgànics com araEC (carbonat d’etilè), DMC (dimetil carbonat), i additius per millorar l'estabilitat i el rendiment.

Separador

Les cèl·lules prismàtiques utilitzen normalment els separadors de polipropilè (PP) o polietilè (PE) de diverses capes, amb un gruix que va des de12 μm a 20 μm, garantint la força mecànica i l'estabilitat tèrmica.

Preparació de purins

Càtode: Material actiu + agent conductor (negre de carboni) + aglutinant (PVDF) barrejat amb dissolvent NMP.

Anode: Graphit + Agent conductor + Binder (CMC + SBR) barrejat amb aigua desionitzada.

Equips de barreja de purins:Mesclador de cisalla alta, mesclador planetari.

Capa

El purí preparat està recobert uniformement sobre làmines metàl·liques:

Cètode: Recobert de paper d'alumini.

Ànode: Recobert sobre paper de coure.

Mètode de revestiment:Recobriment de matrius de ranuresoRecobriment de barres de comes.

Sec

Les làmines recobertes s’assequenForns d’assecat continu, eliminant dissolvents (NMP o aigua) a temperatures controlades amb precisió.

Assecat de càtodes: 120-140 grau

Assecat d'anodes: 80-120 grau

Calendari

Els dos elèctrodes passen per un parell de rodets de precisió per comprimir el recobriment, assegurant -se:

Gruix uniforme.

Densitat d’elèctrodes més elevada.

Millor contacte entre material actiu i col·leccionista actual.

Objectius de densitat de calendari:

Catode: 2. 8-3. 5 g/cm³

Anode: 1. 4-1. 8 g/cm³

Inclinació

Després del calendari, els elèctrodes ho sóntallen tires estretes, coincidint amb el disseny de la cèl·lula.

Soldadura per pestanyes

Les pestanyes de col·leccionistes actuals (alumini per a càtodes, coure per a ànodes) es solden als elèctrodes.

Apilament

Les cèl·lules prismàtiques utilitzen normalmentApilament Z-Foldoapilament de laminació, on el càtode, el separador i l’ànode s’apilen alternativament en una estructura de sandvitx compacte.

Inserció de la caixa

El conjunt d’elèctrodes apilats s’insereix en un pre-formatcas d'alumini, fet deAliatge d'alumini (normalment 3003 o 1060).

Injecció d'electròlits

L’electròlit s’injecta al cas sota el buit per assegurar la humitat completa de totes les superfícies internes.

Precisió d'ompliment d'electròlits: ± 0. 5g per cel·la.

Pre-segellament

Després del farcit d’electròlits, la cel·la éspre-segellatprotegir temporalment l’entorn intern durant el procés de formació.

Les cèl·lules experimenten un procés inicial de càrrega i descàrrega anomenatformació, que permet elSEI (Interfase d’electròlits sòlids)Capa per formar -se a la superfície de l’ànode.

Temperatura de formació: 25-45 grau.

Corrent de formació: 0. 05-0. 1C (lent per assegurar uniforme SEI).

Després de la formació, el gas produït durant la formació de SEI s'elimina a través d'undegassació de buitprocés, assegurant -se intern de les cèl·lulesLa pressió s’optimitza.

La funda d'alumini està hermèticament segellada mitjançantsoldadura làseroSoldadura per ultrasons, assegurant:

Excel·lent hermeticitat.

Força mecànica.

Alguns dissenys també afegeixen unventilació de seguretatPer alliberar la pressió si el gas intern es acumula durant un funcionament anormal.

Cada cel·la experimenta proves completes, incloses:

Prova de capacitat: Cicle complet de càrrega/descàrrega.

Resistència interna: Prova d’impedància de CA (normalment a 1 kHz).

Prova de fuites: Detecció de fuites d’heli.

Tensió del circuit obert (OCV): Supervisió de l’autodiscàrrega.

Comprovació de la dimensió: Garantir la tolerància de la mida dins de les especificacions.

Les cèl·lules prismàtiques provades es combinen en mòduls mitjançant:

Soldadura làseroSoldadura per ultrasonsper a barres d’autobús.

Integració deSistema de gestió de bateries (BMS)Per a la tensió, la temperatura i l'equilibri de control.

Els sistemes de gestió tèrmica (TMS) també s’integren, normalment utilitzant:

Plaques de refrigeració(refrigeració de líquids).

Materials d'interfície tèrmica (TIM)per a una millor dissipació de calor.

Les bateries de cèl·lules prismàtiques es combinenAlta seguretat, resistència mecànica i disseny flexible, fent -los ideals per a aplicacions exigents com aravehicles elèctrics i emmagatzematge estacionari. Mentre que el procés de producció comparteix comunitats amb cèl·lules cilíndriques i de bossa, el maneig precís delcas d'alumini, farciment d’electròlits, iprocés de segellatsón factors crítics que afecten el rendiment i la fiabilitat.