Διαδικασία παραγωγής Prismatic Cell Battery: Ένας περιεκτικός οδηγός

Εισαγωγή

Οι πρισματικές μπαταρίες αλουμινίου έχουν γίνει ολοένα και πιο δημοφιλείς στα ηλεκτρικά οχήματα (EV) και στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) λόγω της υψηλής ογκομετρικής τους απόδοσης, της μηχανικής ευρωστίας και της ευκολίας της αρθρωτής συναρμολόγησης. Σε σύγκριση με τα κυλινδρικά και τα κύτταρα θύλακα, τα πρισματικά κύτταρα προσφέρουν ισορροπία μεταξύ της ενεργειακής πυκνότητας, της θερμικής απόδοσης και της μηχανικής αντοχής. Αυτό το άρθρο περιγράφει την πλήρη παραγωγική διαδικασία, από τις πρώτες ύλες μέχρι το τελικό συναρμολογημένο πακέτο μπαταρίας.

Καθόλαια υλικά

Τα κοινά υλικά καθόδου περιλαμβάνουν:

Φωσφορικό σίδερο λιθίου (LFP)

Οξείδιο κοβαλτίου νικελίου (NMC)

Οξείδιο αλουμινίου κομβουλιού λιθίου (NCA)

Αυτά τα υλικά συντίθενται μέσω αντιδράσεων στερεάς κατάστασης σε υψηλές θερμοκρασίες (συνήθως 700-900 βαθμό) για να επιτευχθεί υψηλή κρυσταλλικότητα.

Υλικά ανόδου

Η άνοδος είναι συνήθως κατασκευασμένη από:

Γραφίτη (τεχνητό ή φυσικό)

Σύνθετο πυριτίου-άνθρακα (για κύτταρα υψηλής ενέργειας)

Οι πρώτες ύλες επεξεργάζονται για να επιτευχθεί βελτιστοποιημένο μέγεθος σωματιδίων, επιφάνεια και πυκνότητα βρύσης.

Ηλεκτρολύτης

Ο ηλεκτρολύτης είναι συνήθως ααλάτι λιθίου(Lipf6) διαλύεται σε ένα μείγμα οργανικών διαλυτών όπωςEC (ανθρακικό αιθυλένιο), DMC (διμεθυλική ανθρακική), και πρόσθετα για την ενίσχυση της σταθερότητας και της απόδοσης.

Διαχωριστής

Τα πρισματικά κύτταρα χρησιμοποιούν συνήθως διαχωριστές πολυπροπυλενίου πολλαπλών επιπέδων (PP) ή πολυαιθυλενίου (PE), με πάχος που κυμαίνονται από12 μm έως 20μm, εξασφαλίζοντας τη μηχανική αντοχή και τη θερμική σταθερότητα.

Προετοιμασία με πολτό

Καθόδου: ενεργό υλικό + αγώγιμος παράγοντας (άνθρακα μαύρο) + συνδετικό υλικό (PVDF) αναμειγνύεται με διαλύτη NMP.

Άνοδος: γραφίτη + αγώγιμος παράγοντας + συνδετικό υλικό (CMC + SBR) αναμεμειγμένο με απιονισμένο νερό.

Εξοπλισμός ανάμειξης ιλύων:Μίξερ υψηλής διάτμησης, πλανητικό μίξερ.

Επένδυση

Το παρασκευασμένο πολτό είναι ομοιόμορφα επικαλυμμένο σε μεταλλικά φύλλα:

Κάθοδος: Επικαλυμμένο με αλουμινόχαρτο.

Ανοδος: Επικαλυμμένο με φύλλο χαλκού.

Μέθοδος επικάλυψης:Επικάλυψη απορριμμάτωνήεπικάλυψη με κόμμα.

Ξήρανση

Τα επικαλυμμένα φύλλα ξηραίνονταιφούρνοι συνεχούς ξήρανσης, Αφαίρεση διαλυτών (NMP ή νερό) υπό ακριβώς ελεγχόμενες θερμοκρασίες.

Ξήρανση καθόδου: 120-140 βαθμός

Ξήρανση ανόδου: 80-120 βαθμός

Ημερολόγιο

Και τα δύο ηλεκτρόδια περνούν μέσα από ένα ζεύγος κυλίνδρων ακριβείας για να συμπιέσουν την επικάλυψη, εξασφαλίζοντας:

Ομοιόμορφο πάχος.

Υψηλότερη πυκνότητα ηλεκτροδίου.

Καλύτερη επαφή μεταξύ του ενεργού υλικού και του ρεύματος συλλέκτη.

Στόχοι πυκνότητας ημερολογίου:

Cathode: 2. 8-3. 5 g/cm3

Άνοψη: 1 4-1. 8 g/cm3

Σχίζων

Μετά το ημερολόγιο, τα ηλεκτρόδια είναισχισμήσε στενές λωρίδες, που ταιριάζει με τον σχεδιασμό των κυττάρων.

Συγκόλληση με καρτέλα

Οι τρέχουσες καρτέλες συλλέκτη (αλουμίνιο για κάθοδο, χαλκός για άνοδο) συγκολλούνται στα ηλεκτρόδια.

Στοίβαξη

Τα πρισματικά κύτταρα χρησιμοποιούν συνήθωςZ-Fold στοίβαξηήπλαστικοποίηση, όπου η κάθοδος, ο διαχωριστικός και η άνοδος στοιβάζονται εναλλάξ σε μια συμπαγή δομή σάντουιτς.

Θήκη

Το στοιβαγμένο συγκρότημα ηλεκτροδίων εισάγεται σε προ-σχηματισμένοθήκη αργιλίου, φτιαγμένο απόκράμα αλουμινίου (συνήθως 3003 ή 1060).

Έγχυση ηλεκτρολύτη

Ο ηλεκτρολύτης εγχέεται στην περίπτωση υπό κενό για να εξασφαλίσει πλήρη διαβροχή όλων των εσωτερικών επιφανειών.

Ακρίβεια πλήρωσης ηλεκτρολύτη: ± 0. 5g ανά κύτταρο.

Προ-χλοοτάπητα

Μετά την πλήρωση των ηλεκτρολυτών, το κελί είναιπρο-γραπτόςγια προσωρινή προστασία του εσωτερικού περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σχηματισμού.

Τα κύτταρα υποβάλλονται σε αρχική διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης που ονομάζεταισχηματισμός, που επιτρέπει τοSEI (στερεά ηλεκτρολύτη ενδιάμεση φάση)στρώμα για σχηματισμό στην επιφάνεια ανόδου.

Θερμοκρασία σχηματισμού: 25-45.

Ρεύμα σχηματισμού: 0. 05-0.

Μετά τον σχηματισμό, το αέριο που παράγεται κατά τη διάρκεια του σχηματισμού SEI αφαιρείται μέσω αεξαθίζοντας κενούδιαδικασία, εξασφαλίζοντας την εσωτερική κυψέληΗ πίεση είναι βελτιστοποιημένη.

Η θήκη αλουμινίου είναι ερμητικά σφραγισμένη με τη χρήσησυγκόλληση με λέιζερήυπερηχητική συγκόλληση, εξασφαλίζοντας:

Εξαιρετική ερμητικότητα.

Μηχανική αντοχή.

Ορισμένα σχέδια προσθέτουν επίσης έναεξαερισμός ασφαλείαςγια να απελευθερωθεί η πίεση εάν η εσωτερική φυσική αέριο συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια της μη φυσιολογικής λειτουργίας.

Κάθε κύτταρο υφίσταται ολοκληρωμένες δοκιμές, συμπεριλαμβανομένων:

Δοκιμή χωρητικότητας: Πλήρης φόρτιση/κύκλος εκφόρτισης.

Εσωτερική αντίσταση: Δοκιμή σύνθετης αντίστασης AC (συνήθως σε 1 kHz).

Δοκιμή διαρροής: Ανίχνευση διαρροής ηλίου.

Τάση ανοιχτού κυκλώματος (OCV): Παρακολούθηση για αυτο-εκφόρτωση.

Έλεγχος διαστάσεων: Εξασφάλιση ανοχής μεγέθους εντός spec.

Τα δοκιμασμένα πρισματικά κύτταρα συνδυάζονται σε ενότητες χρησιμοποιώντας:

Συγκόλληση με λέιζερήυπερηχητική συγκόλλησηγια busbars.

ΕνσωμάτωσηΣύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS)για την τάση παρακολούθησης, τη θερμοκρασία και την εξισορρόπηση.

Τα συστήματα θερμικής διαχείρισης (TMS) είναι επίσης ενσωματωμένα, συνήθως χρησιμοποιώντας:

Πλακές ψύξης(υγρή ψύξη).

Υλικά θερμικής διασύνδεσης (TIM)για καλύτερη διαρροή θερμότητας.

Οι πρισματικές μπαταρίες κυττάρων συνδυάζονταιΥψηλή ασφάλεια, μηχανική αντοχή και ευέλικτο σχεδιασμό, καθιστώντας τα ιδανικά για απαιτητικές εφαρμογές όπωςηλεκτρικά οχήματα και σταθερή αποθήκευση. Ενώ η διαδικασία παραγωγής μοιράζεται κοινότητες με κυλινδρικά και θήκη, τον ακριβή χειρισμό τουθήκη αργιλίου, γέμιση ηλεκτρολύτη,διαδικασία σφράγισηςείναι κρίσιμοι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση και την αξιοπιστία.