Процес на производство на призматична клетъчна батерия: цялостно ръководство

Въведение

Призматичните алуминиеви батерии стават все по-популярни в електрическите превозни средства (EVs) и системите за съхранение на енергия (ESS) поради тяхната висока обемна ефективност, механична устойчивост и лекота на модулно сглобяване. В сравнение с цилиндричните и торбичките, призматичните клетки предлагат баланс между енергийната плътност, топлинната характеристика и механичната якост. Тази статия очертава пълния производствен процес, от суровини до крайния сглобен батерия.

Катодни материали

Общите катодни материали включват:

Литиев железен фосфат (LFP)

Никел манганов кобалто оксид (NMC)

Алуминиев оксид на литиев никел кобалт (NCA)

Тези материали се синтезират чрез твърдо състояние реакции при високи температури (обикновено 700-900 градус) за постигане на висока кристалност.

Анодни материали

Анодът обикновено се прави от:

Графит (изкуствен или естествен)

Силиконов-въглероден композит (за клетки с висока енергия)

Суровините се обработват, за да се постигне оптимизиран размер на частиците, повърхностна площ и плътност на крана.

Електролит

Електролитът обикновено е aлитиева сол(Lipf6) Разтворен в смес от органични разтворители катоEC (етилен карбонат), DMC (диметил карбонат), и добавки за повишаване на стабилността и производителността.

Сепаратор

Призматичните клетки обикновено използват многослоен полипропилен (PP) или полиетилен (PE) сепаратори, с дебелина, варираща от12 μm до 20 μm, Осигуряване на механична якост и термична стабилност.

Подготовка на суспензия

Катод: Активен материал + Проводим агент (въглеродно черно) + свързващо вещество (PVDF), смесен с NMP разтворител.

Анод: Графит + Проводим агент + Свързващо вещество (CMC + SBR), смесен с дейонизирана вода.

Оборудване за смесване на каша:Миксер с висока срязване, планетарен миксер.

Покритие

Приготвената каша е равномерно покрита върху метални фолиа:

Катод: Покрито с алуминиево фолио.

Анод: Покрито върху медно фолио.

Метод на покритие:Покритие на слотилиПокритие на запетая.

Изсушаване

Покритите фолиа се изсушаватНепрекъснато сушене на фурни, отстраняване на разтворители (NMP или вода) при точно контролирани температури.

Сушене на катод: 120-140 степен

Анодно сушене: 80-120 степен

Календаринг

И двата електрода преминават през чифт прецизни ролки, за да компресират покритието, гарантирайки:

Равномерна дебелина.

По -висока плътност на електрода.

По -добър контакт между активен материал и текущия колектор.

Цели за плътност на календариране:

Катод: 2. 8-3. 5 g/cm³

Анод: 1. 4-1. 8 g/cm³

Плъзгане

След календариране електродите сапрорезв тесни ленти, съответстващи на дизайна на клетките.

Заваряване в раздела

Текущите раздели на колекционерите (алуминий за катод, мед за анод) се завалят към електродите.

Подреждане

Призматичните клетки обикновено използватПодреждане с Z-сгъванеилиподреждане на ламиниране, където катодът, сепараторът и анодът са алтернативно подредени в компактна сандвич структура.

Вмъкване на случай

Подреденият електрод се вкарва в предварително оформеноАлуминиев случай, направено отАлуминиева сплав (обикновено 3003 или 1060).

Инжектиране на електролит

Електролитът се инжектира в случая под вакуум, за да се осигури пълно намокряне на всички вътрешни повърхности.

Прецизност на запълване на електролит: ± 0. 5G на клетка.

Предварително запечатване

След запълване на електролит клетката епредварително запечатанза временно защита на вътрешната среда по време на процеса на формиране.

Клетките претърпяват първоначален заряд и процес на изпускане, извиканФормиране, което позволяваSEI (Твърда електролитна интерфаза)слой да се образува върху повърхността на анода.

Температура на образуване: 25-45 степен.

Формиращ ток: 0. 05-0. 1C (бавно, за да се осигури равномерно SEI).

След образуване, газ, произведен по време на образуването на SEI, се отстранява чрез aвакуум дегазирапроцес, осигуряващ вътрешна клетканалягането е оптимизирано.

Алуминиевият калъф е херметически запечатан с помощта наЛазерно заваряванеилиУлтразвуково заваряване, Осигуряване:

Отлична херметичност.

Механична якост.

Някои дизайни също добавят aОтдушник за безопасностЗа освобождаване на налягане, ако вътрешният газ се натрупва по време на ненормална работа.

Всяка клетка се подлага на цялостно тестване, включително:

Тест за капацитет: Пълен цикъл на зареждане/изпускане.

Вътрешно съпротивление: Тест за импеданс на AC (обикновено при 1 kHz).

Тест за изтичане: Откриване на хелий за изтичане.

Отворено напрежение на веригата (OCV): Мониторинг за самоизмерване.

Проверка на размерите: Осигуряване на толеранс на размера в рамките на спецификацията.

Тестваните призматични клетки се комбинират в модули, използвайки:

Лазерно заваряванеилиУлтразвуково заваряванеза автобуси.

Интеграция наСистема за управление на батерията (BMS)за наблюдение на напрежението, температурата и балансирането.

Термичните системи за управление (TMS) също са интегрирани, обикновено използват:

Охлаждащи плочи(Течно охлаждане).

Термични интерфейсни материали (TIM)за по -добро разсейване на топлина.

Призматични клетъчни батерии се комбиниратвисока безопасност, механична якост и гъвкав дизайн, правейки ги идеални за взискателни приложения катоелектрически превозни средства и неподвижно съхранение. Докато производственият процес споделя общи характеристики с цилиндрични и торбички, прецизното управление наАлуминиев случай, Електролитен пълнежипроцес на уплътняванеса критични фактори, влияещи върху производителността и надеждността.