Analiza proceselor de fabricație a bateriilor cu litiu-ion și a punctelor cheie de control

Fiind o unitate centrală de stocare a energiei în noua industrie a energiei, bateriile cu litiu-ion necesită procese de fabricație complexe și precise. Acest articol folosește bateria cilindrică litiu-ion 18650 ca exemplu pentru a analiza procesul de fabricare a bateriei, punctele cheie de control și impactul diferitelor etape ale procesului asupra performanței și siguranței bateriei. În plus, prin combinarea designului structural al bateriilor prismatice și al carcaselor din aluminiu pentru pachetele de baterii litiu-ion, este explorată compatibilitatea diferitelor tipuri de carcasă (inclusiv carcasele pentru celule prismatice și carcasele din aluminiu pentru pachete) cu procesul de fabricație.

 

 

1. Principii electrochimice

Bateriile litiu-ion constau dintr-un electrod pozitiv, un electrod negativ, un separator și un electrolit. Încărcarea și descărcarea se realizează prin intercalarea și deintercalarea ionilor de litiu (Li⁺) între electrozii pozitivi și negativi. În timpul încărcării, Li⁺ este intercalat de la electrodul pozitiv în electrodul negativ; în timpul descărcării, procesul se inversează. Această reacție de intercalare reversibilă conferă bateriilor litiu-ion densitate mare de energie și performanțe excelente de ciclism.

 

2. Structura bateriei și tipul carcasei

O celulă obișnuită de baterie cu litiu-ion constă din electrozi, un separator, un electrolit, file și o carcasă. Tipurile comune de carcasă disponibile în prezent includ oțel, nichel și aluminiu. Carcasele bateriilor din aluminiu, datorită conductivității termice excelente, construcției ușoare și rezistenței la coroziune, sunt utilizate pe scară largă în sectoarele de energie și stocare a energiei. Carcasele prismatice din aluminiu și carcasele din aluminiu cu celule de litiu, în special, sunt predominante în vehiculele cu energie nouă și centralele de stocare a energiei.

 

De exemplu, carcasa din aluminiu 3003-H14, datorită ductilității sale excelente și rezistenței mecanice, demonstrează o formabilitate și durabilitate excelente în fabricarea carcasei din aluminiu pentru baterii LFP și a celulelor din aluminiu pentru baterii prismatice LiFePo4.

 

 

 

Procesul de fabricare a bateriilor cu litiu-ion este, în general, împărțit în trei etape: pre-fabricare, post-fabricare și screening și testare. Fiecare etapă are un impact direct asupra consistenței și fiabilității celulelor bateriei.

 

(I) Proces frontal-: formarea miezului

Procesul frontal-include zece pași: amestecarea nămolului, acoperirea, presarea cu rolă, tăierea, înfășurarea, înfășurarea, introducerea carcasei, sudarea inferioară, canelarea ruloului și coacerea. Scopul principal este de a procesa materiale pulbere cu electrozi pozitivi și negativi în miezuri stabile.

 

Amestecare și acoperire a șlamului:Pulberile electrodului pozitiv și negativ, agentul conductor și liantul sunt amestecate proporțional pentru a forma o suspensie, care este apoi acoperită uniform pe colectorul de curent. Grosimea și uniformitatea stratului de acoperire afectează direct densitatea de energie a bateriei și durata de viață a ciclului.

 

Presare și tăiere cu role:Presarea cu rolă ajustează densitatea, grosimea și compactarea foilor de electrozi. În timpul tăierii, bavurile și ciobirea trebuie evitate pentru a preveni scurtcircuitele. Acest pas necesită o curățenie ridicată și un control al umidității scăzute pentru a preveni umiditatea să afecteze performanța electrochimică.

 

Înfășurarea și introducerea carcasei:Celulele cilindrice sunt formate printr-un proces de înfășurare, în timp ce celulele prismatice sau celulele Prismatic Cell Case sunt formate folosind un proces de stivuire. La introducerea miezului în carcasă, dimensiunile carcasei trebuie să se potrivească exact. Acest lucru este valabil mai ales pentru carcasele din aluminiu pentru baterii cu litiu-ion, unde controlul toleranței carcasei afectează direct etanșarea și rezistența la presiune.

 

Sudarea inferioară și canelurea cu role
Urechea negativă și carcasa sunt sudate împreună pentru a forma circuitul. La sudarea carcasei prismatice din aluminiu, zona afectată de căldură-(HAZ) trebuie controlată pentru a preveni oxidarea și slăbirea carcasei din aluminiu.

 

Coacerea și dezumidificarea
Coacerea îndepărtează umezeala din miez, menținând urmele de umiditate la nivelul ppm pentru a asigura o reacție stabilă cu electrolitul.

 

(II) Proces de final-back: ambalare și umplere cu lichid

 

Umplere cu lichid
După injectarea electrolitului, electrodul trebuie să fie complet înmuiat. Controlarea volumului de injecție, a temperaturii și a umidității este crucială. Umplerea excesivă cu electrolit poate cauza expansiunea bateriei sau deschiderea prematură a supapei de siguranță; umplerea insuficientă cu electrolit poate duce la pierderea capacității și riscul de placare cu litiu.

 

Sudare și etanșare
Formarea de sudură și etanșare a plăcii de acoperire determină etanșeitatea bateriei. Pentru carcasele din aluminiu pachet pătrat sau carcasele din aluminiu cu celule de litiu, este necesară tehnologia de sudare cu laser de precizie pentru a asigura o etanșare completă.

 

Curățare și filmare
Îndepărtați lichidul rezidual și impuritățile din carcasa exterioară pentru a preveni coroziunea electrolitului. Filmul termocontractabil extern asigură izolarea între electrozii pozitivi și negativi, prevenind scurtcircuitele externe și îmbunătățind calitatea aspectului.

 

(III) Etapa de screening și testare

După formarea celulelor bateriei, acestea sunt supuse activării, formării, îmbătrânirii, sortării și gradării capacității pentru a asigura consistența și siguranța fabricii.

 

Activare și formare
Activarea asigură că electrolitul pătrunde complet în electrozi. Formarea este primul proces de încărcare, creând o peliculă SEI stabilă. Controlul parametrilor de curent, tensiune și temperatură este crucial pentru extinderea duratei de viață a celulei bateriei.

 

Îmbătrânire și sortare
Îmbătrânirea implică stocarea constantă a temperaturii pentru a detecta căderea de tensiune și riscurile de scurtcircuit intern. Sortarea clasifică celulele după rezistența internă și capacitatea, asigurând consistența pentru potrivirea ulterioară a modulelor.

 

Capacitate și Binning
Livrarea se face prin clasificarea capacității pentru a asigura potrivirea performanței celulelor din aluminiu a bateriei prismatice LiFePo4 în timpul asamblării, îmbunătățind eficiența energetică a sistemului și ciclul de viață.

 

 

Carcasa celulei bateriei cu litiu-ion nu este doar un strat de protecție mecanic, ci și o componentă cheie pentru stabilitatea sistemului electrochimic. Utilizarea carcasei din aliaj de aluminiu, cum ar fi carcasa din aluminiu 3003-H14, carcasa prismatică din aluminiu sau carcasa din aluminiu pentru baterii LFP, îmbunătățește semnificativ managementul termic și rezistența structurală.

 

Conductivitate termică:Carcasele din aluminiu disipă căldura mai eficient decât carcasele din oțel, făcându-le potrivite pentru descărcări cu viteză ridicată și medii cu temperatură înaltă{-.

 

Avantaj ușoară:Carcasele din aluminiu ale bateriilor au o densitate de doar o-treime față de carcasele din oțel, contribuind la reducerea greutății vehiculului.

 

Compatibilitate de formare:Carcasele din aluminiu cu celule prismatice prezintă o ductilitate excelentă în timpul ștanțarii și întinderii, făcându-le potrivite pentru producția de masă.

 

Rezistență la coroziune și etanșare:Carcasele din aliaj de aluminiu pot fi anodizate pentru a forma un strat protector dens, sporind siguranța.

 

Astfel, de la fabricarea miezului până la formarea carcasei, fabricarea de precizie și calitatea tratamentului de suprafață a carcasei din aluminiu pentru baterii cu litiu-ion sunt cruciale pentru a asigura siguranța și consistența bateriei.

 

 

 

Fabricarea bateriilor cu litiu-ion este un proiect sistematic care implică materiale, electrochimie, prelucrare și control automat. Odată cu dezvoltarea rapidă a noii industrii energetice, cererea pentru carcase de celule prismatice și celule de aluminiu pentru baterii prismatice LiFePo4 continuă să crească, iar tehnologia carcasei din aliaj de aluminiu devine un punct cheie pentru optimizarea performanței bateriei.

 

Prin optimizarea procesului de fabricație, controlul precis al umidității ambientale și respectarea strictă a carcasei și a standardelor de ambalare, fiabilitatea și durata de viață a carcaselor din aluminiu pentru baterii cu litiu-ion pot fi îmbunătățite semnificativ, oferind soluții de stocare a energiei mai sigure și mai eficiente pentru noile sisteme de alimentare cu energie.