Proces výroby baterií hranových buněk: Komplexní průvodce

Zavedení

Hrné baterie hliníku se staly stále populárnějšími v elektrických vozidlech (EV) a systémech skladování energie (ESS) kvůli jejich velké objemové účinnosti, mechanické robustnosti a snadné modulární sestavení. Ve srovnání s válci a buňkami pouzdra nabízejí prizmatické buňky rovnováhu mezi hustotou energie, tepelným výkonem a mechanickou pevností. Tento článek nastiňuje celý výrobní proces, od surovin po finální baterii.

Katodové materiály

Mezi společné katodové materiály patří:

Fosfát železa lithia (LFP)

Oxid kobaltu niklu (NMC)

Lithium nikl kobalt oxid hlinitý (NCA)

Tyto materiály jsou syntetizovány prostřednictvím reakcí na pevný stav při vysokých teplotách (obvykle 700-900 stupeň), aby se dosáhlo vysoké krystalinity.

Anodové materiály

Anoda je obvykle vyrobena z:

Grafit (umělý nebo přirozený)

Křek-uhlíkový kompozit (pro buňky s vysokou energií)

Suroviny jsou zpracovány pro dosažení optimalizované velikosti částic, povrchové plochy a hustoty kohoutek.

Elektrolyt

Elektrolyt je obvykle alithiová sůl(Lipf6) rozpuštěné ve směsi organických rozpouštědel, jako napříkladEC (ethylen uhličitan), DMC (dimethyl uhličitan)a přísady ke zvýšení stability a výkonu.

Oddělovač

Prismatické buňky obvykle používají vícevrstvé polypropylen (PP) nebo polyethylen (PE) separátory, přičemž tloušťka se pohybuje od tloušťky od tloušťky od tloušťky12 μm až 20 μm, zajištění mechanické pevnosti a tepelné stability.

Příprava kaše

Katoda: Aktivní materiál + vodivé činidlo (uhlíkově černá) + pojivo (PVDF) smíchané s rozpouštědlem NMP.

Anoda: Graphite + vodivé činidlo + Binder (CMC + SBR) smíchaný s deionizovanou vodou.

Smíchací zařízení pro kaše:Mixér s vysokým střihem, planetární mixér.

Povlak

Připravená kaše je rovnoměrně potažena na kovové fólie:

Katoda: Potahováno na hliníkové fólii.

Anoda: Potahováno na měděné fólii.

Metoda povlaku:Potahování štěrbinneboPotahování čárky.

Sušení

Potažené fólie jsou sušenynepřetržité sušení pecí, odstranění rozpouštědel (NMP nebo vody) za přesně kontrolovaných teplot.

Sušení katody: 120-140 stupeň

Sušení anody: 80-120 stupeň

Kalendář

Obě elektrody procházejí párem přesných válců, aby stlačily povlak, a zajistily:

Jednotná tloušťka.

Vyšší hustota elektrod.

Lepší kontakt mezi aktivním materiálem a současným sběratelem.

Cíle kalendářského hustoty:

Katoda: 2. 8-3. 5 g/cm³

Anode: 1. 4-1. 8 g/cm³

Rozřezání

Po kalendáři jsou elektrodyštěrbinado úzkých proužků a odpovídající konstrukci buněk.

Svařování tabů

Katrečky proudu sběratelů (hliník pro katodu, měď pro anodu) jsou přivařeny k elektrodám.

Stohování

Hranolové buňky obvykle používajíZ-told stohováníneboStohování laminace, kde katoda, separátor a anoda jsou střídavě naskládány do kompaktní sendvičové struktury.

Vložení případu

Naskládaná sestava elektrody je vložena do předem vytvořenéhohliníkový pouzdro, vyrobeno zHliníková slitina (obvykle 3003 nebo 1060).

Injekce elektrolytů

Elektrolyt je injikován do pouzdra ve vakuu, aby se zajistilo úplné smáčení všech vnitřních povrchů.

Přesnost výplně elektrolytu: ± 0. 5g na buňku.

Předběžné zalévání

Po plnění elektrolytů je buňkapředběžnýdočasně chránit vnitřní prostředí během tvorby.

Buňky podléhají počátečním procesu nabití a vypouštěníformace, což umožňujeSEI (solidní elektrolyt mezifáze)Vrstva se tvoří na povrchu anody.

Formační teplota: 25-45 stupeň.

Formační proud: 0. 05-0. 1C (pomalé zajištění jednotného SEI).

Po tvorbě se plyn produkovaný během tvorby SEI odstraní avakuové odplyňováníproces, zajistit interní buňkuTlak je optimalizován.

Hliníkový případ je hermeticky utěsněn pomocíLaserové svařováníneboUltrazvukové svařování, zajistit:

Vynikající hermetičnost.

Mechanická síla.

Některé návrhy také přidají aBezpečnostní větrací otvorPro uvolnění tlaku, pokud se během abnormálního provozu hromadí vnitřní plyn.

Každá buňka podstoupí komplexní testování, včetně:

Test kapacity: Cyklus plného náboje/vypouštění.

Vnitřní odpor: Test impedance AC (obvykle při 1 kHz).

Test úniku: Detekce úniku helia.

Napětí otevřeného obvodu (OCV): Monitorování sebeobrany.

Kontrola dimenze: Zajištění tolerance velikosti v rámci specifikace.

Testované prizmatické buňky jsou kombinovány do modulů pomocí:

Laserové svařováníneboUltrazvukové svařováníPro přípojky.

IntegraceSystém správy baterií (BMS)pro monitorování napětí, teploty a vyvážení.

Integrovány jsou také systémy pro správu tepelného řízení (TMS), obvykle pomocí:

Chladicí desky(chlazení kapaliny).

Materiály tepelného rozhraní (Tim)Pro lepší rozptyl tepla.

Baterie prizmatických buněk kombinujívysoká bezpečnost, mechanická síla a flexibilní design, což je činí ideálními pro náročné aplikace, jako jeelektrická vozidla a stacionární skladování. Zatímco výrobní proces sdílí společné rysy s válci a buňkami pouzdra, přesné zpracováníhliníkový pouzdro, Electrolyte plnění, aproces těsněníjsou kritické faktory ovlivňující výkon a spolehlivost.