Proces proizvodnje baterij prizmatičnih celic: celovit vodnik

Uvod

Prizmatične aluminijeve baterije so zaradi visoke volumetrične učinkovitosti, mehanske robustnosti in enostavnosti modularnega sestavljanja vse bolj priljubljene pri električnih vozilih (EV) in sistemih za shranjevanje energije (ES). V primerjavi s cilindričnimi in vrečkastimi celicami prizmatične celice nudijo ravnovesje med gostoto energije, toplotno zmogljivostjo in mehansko trdnostjo. Ta članek opisuje celoten postopek proizvodnje, od surovin do končnega sestavljenega baterijskega paketa.

Katodni materiali

Skupni katodni materiali vključujejo:

Litijev železni fosfat (LFP)

Nikelj manganov kobalt oksid (NMC)

Litijev nikelj kobalt aluminijev oksid (NCA)

Ti materiali se sintetizirajo z reakcijami v trdnem stanju pri visokih temperaturah (običajno 700-900 stopinj), da dosežejo visoko kristalnost.

Anodni materiali

Anoda je običajno narejena iz:

Grafit (umetni ali naraven)

Kompozit iz silicijevega ogljika (za visoko energetske celice)

Surovine so obdelane tako, da dosežejo optimizirano velikost delcev, površino in gostoto pipe.

Elektrolit

Elektrolit je običajno alitijeva sol(Lipf6), raztopljeno v mešanici organskih topil, kot jeEC (etilen karbonat), DMC (dimetil karbonat), in dodatki za izboljšanje stabilnosti in zmogljivosti.

Ločevalnik

Prizmatične celice običajno uporabljajo večplastni polipropilen (PP) ali polietilen (PE) separatorje, z debelino, ki sega od12 μm do 20 μm, zagotavljanje mehanske trdnosti in toplotne stabilnosti.

Priprava gnoja

Katoda: Aktivni material + prevodno sredstvo (ogljikovo črno) + vezivo (PVDF), pomešano z NMP topilom.

Anoda: grafit + prevodni sredstvo + vezivo (CMC + SBR), pomešan z deionizirano vodo.

Oprema za mešanje gnoja:Mešalnik z visokim strigom, planetarni mešalnik.

Prevleka

Pripravljena kaša je enakomerno prevlečena na kovinske folije:

Katoda: Prevlečen na aluminijasti foliji.

Anoda: Prevlečen na bakreno folijo.

Metoda prevleke:Reža za prevlekoaliObloga o vejici.

Sušenje

Prevlečene folije se posušijoneprekinjeno sušenje pečic, odstranjevanje topil (NMP ali voda) pod natančno nadzorovanimi temperaturami.

Sušenje katode: 120-140

Sušenje anode: 80-120

Koledarsko

Obe elektrodi prehajata skozi par natančnih valjev, da stisneta prevleko, kar zagotavlja:

Enakomerna debelina.

Višja gostota elektrod.

Boljši stik med aktivnim materialom in trenutnim zbiralnikom.

Cilji gostote koledarja:

Katoda: 2. 8-3. 5 g/cm³

Anoda: 1. 4-1. 8 g/cm³

Rezanje

Po koledarskem delu so elektrodeSlitv ozke trakove, ki ustrezajo zasnovi celice.

Varjenje zavihka

Trenutni zbiralniki (aluminij za katodo, baker za anodo) so varjeni na elektrode.

Zlaganje

Prizmatične celice običajno uporabljajoZnašanje Z-Fildalizlaganje laminacije, kjer so katoda, separator in anoda izmenično zloženi v kompaktno sendvič strukturo.

Vstavitev primera

Sklop zložene elektrode je vstavljen v vnaprej oblikovanPrimer aluminija, narejen izAluminijeva zlitina (običajno 3003 ali 1060).

Vbrizgavanje elektrolitov

Elektrolit se vbrizga v ohišje pod vakuumom, da se zagotovi popolno vlaženje vseh notranjih površin.

Natančnost polnjenja elektrolita: ± 0. 5G na celico.

Prednastavitev

Po nadevu elektrolita je celicapredhodno zaprtizačasno zaščito notranjega okolja med procesom tvorbe.

Celice podvržejo začetnemu postopku naboja in praznjenjaoblikovanje, ki omogočaSei (trdna interfaza elektrolita)plast, ki nastane na površini anode.

Temperatura tvorbe: 25-45 stopnja.

Formacijski tok: 0. 05-0. 1C (počasi zagotoviti enakomerno sei).

Po tvorbi se plin, proizveden med tvorbo SEI, odstranimo prek aRazvoja vakuumaproces, zagotavljanje notranje celiceTlak je optimiziran.

Ohišje aluminija je hermetično zaprto z uporaboLasersko varjenjealiUltrazvočno varjenje, zagotavljanje:

Odlična hermetičnost.

Mehanska trdnost.

Nekateri modeli dodajo tudi avarnostni odzračevalnikZa sprostitev tlaka, če se med nenormalnim delovanjem nabere notranji plin.

Vsaka celica opravi celovito testiranje, vključno z:

Preizkus zmogljivosti: Cikel popolnega naboja/praznjenja.

Notranja odpornost: Preskus impedance (običajno pri 1 kHz).

Test puščanja: Odkrivanje puščanja helija.

Napetost odprtega vezja (OCV): Nadzor za samo-odvajanje.

Preverjanje dimenzije: Zagotavljanje velikosti tolerance znotraj spec.

Testirane prizmatične celice se združijo v module z uporabo:

Lasersko varjenjealiUltrazvočno varjenjeZa avtobuse.

IntegracijaSistem za upravljanje baterij (BMS)za spremljanje napetosti, temperature in uravnoteženja.

Vgrajeni so tudi sistemi za toplotno upravljanje (TMS), ki običajno uporabljajo:

Hladilne plošče(tekoče hlajenje).

Materiali toplotnega vmesnika (TIM)Za boljšo odvajanje toplote.

Prizmatične celične baterije se kombinirajoVisoka varnost, mehanska trdnost in prilagodljiv dizajn, da so idealni za zahtevne aplikacije, kot soelektrična vozila in stacionarna shramba. Medtem ko proizvodni proces deli skupnosti s cilindričnimi in vrečkami, natančno ravnanjePrimer aluminija, nadev z elektrolitominpostopek tesnjenjaso kritični dejavniki, ki vplivajo na uspešnost in zanesljivost.