Processo de produção de bateria de células prismáticas: um guia abrangente

Introdução

As baterias prismáticas de casos de alumínio tornaram-se cada vez mais populares em veículos elétricos (VEs) e sistemas de armazenamento de energia (ESS) devido à sua alta eficiência volumétrica, robustez mecânica e facilidade de montagem modular. Comparados às células cilíndricas e bolsas, as células prismáticas oferecem um equilíbrio entre densidade de energia, desempenho térmico e força mecânica. Este artigo descreve o processo completo de produção, desde matérias -primas até a bateria final montada.

Materiais de cátodo

Os materiais cátodos comuns incluem:

Fosfato de ferro de lítio (LFP)

Óxido de cobalto de níquel manganês (NMC)

Óxido de alumínio de cobalto de níquel de lítio (NCA)

Esses materiais são sintetizados por reações de estado sólido em altas temperaturas (normalmente 700-900 grau) para obter alta cristalinidade.

Materiais de ânodo

O ânodo é geralmente feito de:

Grafite (artificial ou natural)

Composto de silício-carbono (para células de alta energia)

As matérias -primas são processadas para obter tamanho de partícula otimizado, área de superfície e densidade da torneira.

Eletrólito

O eletrólito é tipicamente umsal de lítio(LIPF6) dissolvido em uma mistura de solventes orgânicos, comoCE (carbonato de etileno), DMC (carbonato dimetil)e aditivos para melhorar a estabilidade e o desempenho.

Separador

As células prismáticas normalmente usam separadores de polipropileno de várias camadas (PP) ou polietileno (PE), com espessura variando de12μm a 20μm, garantindo força mecânica e estabilidade térmica.

Preparação de chorume

Catodo: Material ativo + agente condutor (preto de carbono) + ligante (PVDF) misturado com solvente NMP.

Ânodo: grafite + agente condutor + ligante (cmc + sbr) misturado com água desionizada.

Equipamento de mistura de chorume:Misturador de alto cisalheiro, misturador planetário.

Revestimento

A pasta preparada é uniformemente revestida em folhas de metal:

Cátodo: Revestido em papel alumínio.

Ânodo: Revestido em papel alumínio de cobre.

Método de revestimento:Revestimento de matriz de slotourevestimento da barra de vírgula.

Secagem

As folhas revestidas são secas emfornos de secagem contínua, removendo solventes (NMP ou água) sob temperaturas controladas com precisão.

Secagem cátodo: 120-140 grau

Secagem de ânodo: 80-120 grau

Calendário

Ambos os eletrodos passam por um par de rolos de precisão para comprimir o revestimento, garantindo:

Espessura uniforme.

Maior densidade do eletrodo.

Melhor contato entre material ativo e colecionador atual.

Alvos de densidade de calendário:

Catodo: 2. 8-3. 5 g/cm³

Ânodo: 1. 4-1. 8 g/cm³

Cortando

Após o calendário, os eletrodos sãofendaem tiras estreitas, combinando o design da célula.

Soldagem da guia

As abas de coletor de corrente (alumínio para cátodo, cobre para ânodo) são soldadas aos eletrodos.

Empilhamento

Células prismáticas normalmente usamEmpilhamento de dobra Zouempilhamento de laminação, onde cátodo, separador e ânodo são alternadamente empilhados em uma estrutura de sanduíche compacta.

Inserção de casos

O conjunto de eletrodo empilhado é inserido em um pré-formadoCaso de alumínio, feito deliga de alumínio (geralmente 3003 ou 1060).

Injeção de eletrólito

O eletrólito é injetado no estojo sob o vácuo para garantir umedecimento total de todas as superfícies internas.

Precisão de enchimento de eletrólitos: ± 0. 5g por célula.

Pré-selagem

Após o preenchimento de eletrólitos, a célula épré-seladoproteger temporariamente o ambiente interno durante o processo de formação.

As células sofrem um processo inicial de carga e descarga chamadoformação, que permite oSEI (interfase de eletrólito sólido)camada para formar na superfície do ânodo.

Temperatura de formação: 25-45 grau.

Corrente da formação: 0. 05-0. 1c (lento para garantir o SEI uniforme).

Após a formação, o gás produzido durante a formação de SEI é removido através de umdesgaseificação a vácuoprocesso, garantindo a célula internaA pressão é otimizada.

A caixa de alumínio é hermeticamente selada usandosoldagem a laserousoldagem ultrassônica, garantindo:

Excelente hermeticidade.

Força mecânica.

Alguns designs também adicionam umventilação de segurançapara liberar pressão se o gás interno se acumular durante a operação anormal.

Cada célula passa por testes abrangentes, incluindo:

Teste de capacidade: Ciclo total de carga/descarga.

Resistência interna: Teste de impedância AC (normalmente a 1 kHz).

Teste de vazamento: Detecção de vazamento de hélio.

Tensão de circuito aberto (OCV): Monitorando por auto-descarga.

Verificação da dimensão: Garantir a tolerância do tamanho dentro da especificação.

As células prismáticas testadas são combinadas em módulos usando:

Soldagem a laserousoldagem ultrassônicaPara barramentos.

Integração deSistema de Gerenciamento de Bateria (BMS)Para monitorar a tensão, a temperatura e o equilíbrio.

Os sistemas de gerenciamento térmico (TMS) também são integrados, normalmente usando:

Placas de resfriamento(resfriamento líquido).

Materiais de interface térmica (TIM)Para uma melhor dissipação de calor.

As baterias de células prismáticas se combinamalta segurança, resistência mecânica e design flexível, tornando -os ideais para aplicações exigentes, comoVeículos elétricos e armazenamento estacionário. Enquanto o processo de produção compartilha pontos em comum com células cilíndricas e bolsas, o manuseio preciso doCaso de alumínio, preenchimento de eletrólitos, eprocesso de vedaçãosão fatores críticos que afetam o desempenho e a confiabilidade.