Prizminių ląstelių akumuliatorių gamybos procesas: išsamus vadovas

Įvadas

Dėl didelio jų tūrinio efektyvumo, mechaninio patikimumo ir modulinio surinkimo lengvumo prizminių aliuminio atvejų baterijos tapo vis populiaresnės elektrinėse transporto priemonėse (EV) ir energijos kaupimo sistemose (ESS). Palyginti su cilindrinėmis ir maišelio ląstelėmis, prizminės ląstelės siūlo pusiausvyrą tarp energijos tankio, šiluminio efektyvumo ir mechaninio stiprumo. Šiame straipsnyje aprašomas visas gamybos procesas, pradedant žaliavomis ir baigiant galutine surinkta akumuliatoriaus paketu.

Katodų medžiagos

Įprastos katodo medžiagos apima:

Ličio geležies fosfatas (LFP)

Nikelio mangano kobalto oksidas (NMC)

Ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas (NCA)

Šios medžiagos sintetinamos kietojo kūno reakcijomis esant aukštai temperatūrai (paprastai 700-900 laipsniui), kad būtų pasiektas didelis kristališkumas.

Anodų medžiagos

Anodas paprastai gaminamas iš:

Grafitas (dirbtinis ar natūralus)

Silicio-anglies kompozitas (aukštos energijos ląstelės)

Žaliavos apdorojamos, kad būtų pasiektas optimizuotas dalelių dydis, paviršiaus plotas ir TAP tankis.

Elektrolitas

Paprastai elektrolitas yra aLičio druska(LIPF6) ištirpsta organinių tirpiklių, tokių kaipEC (etileno karbonatas), DMC (dimetilo karbonatas)ir priedai, skirti padidinti stabilumą ir našumą.

Separatorius

Prismatinės ląstelės paprastai naudoja kelių sluoksnių polipropileno (PP) arba polietileno (PE) separatorius, kurių storis svyruoja nuo12 μm iki 20 μm, užtikrinant mechaninį stiprumą ir šiluminį stabilumą.

Srutų paruošimas

Katodas: aktyvi medžiaga + laidus agentas (anglies juoda) + segtuvas (PVDF), sumaišytas su NMP tirpikliu.

Anodas: grafitas + laidus agentas + segtuvas (CMC + SBR), sumaišytas su dejonizuotu vandeniu.

Srutų maišymo įranga:Didelio šlyties maišytuvas, planetų maišytuvas.

Danga

Paruošta sruta tolygiai padengta ant metalinių folijų:

Katodas: Padengtas aliuminio folija.

Anodas: Padengtas vario folija.

Dangos metodas:Lizdo štampo dangaarbakablelių juostos danga.

Džiovinimas

Padengtos folijos išdžiovinamosNuolatinės džiovinimo krosnelės, tirpiklių (NMP ar vandens) pašalinimas tiksliai kontroliuojamoje temperatūroje.

Katodo džiovinimas: 120-140 laipsnis

Anodo džiovinimas: 80-120 laipsnis

Kalendavimas

Abu elektrodai praeina per tikslus ritinėlių porą, kad suspaustų dangą, užtikrindami:

Vienodas storis.

Didesnis elektrodo tankis.

Geresnis aktyvios medžiagos ir dabartinio kolekcionieriaus kontaktas.

Kalendavimo tankio taikiniai:

Katodas: 2. 8-3. 5 g/cm³

Anodas: 1. 4-1. 8 g/cm³

Pjūvio

Po kalendoriaus elektrodai yraplyšysį siaurą juosteles, suderinant ląstelių dizainą.

Skirtuko suvirinimas

Dabartiniai kolektorių skirtukai (katodo aliuminis, vario anodo vario) yra suvirinti prie elektrodų.

Sukravimas

Paprastai naudojamos prizminės ląstelėsZ-gultisarbaLaminacijos sudėjimas, kur katodas, separatorius ir anodas pakaitomis sudedami į kompaktišką sumuštinių struktūrą.

Atvejo įterpimas

Sukrautas elektrodo mazgas įdedamas į iš anksto suformuotąaliuminio dėklas, Pagaminta išaliuminio lydinys (paprastai 3003 arba 1060).

Elektrolitų injekcija

Elektrolitas švirkščiamas į dėklą vakuume, kad būtų užtikrintas visiškas visų vidinių paviršių sudrėkinimas.

Elektrolitų užpildymo tikslumas: ± 0. 5G vienoje ląstelėje.

Išankstinis uždarymas

Po elektrolitų užpildymo ląstelė yraiš anksto uždarytasLaikinai apsaugoti vidinę aplinką formavimo proceso metu.

Ląstelės yra pradinio įkrovimo ir išleidimo proceso, vadinamoformavimasiso tai leidžiaSEI (kietas elektrolito tarpfazė)sluoksnis, kurį formuojate ant anodo paviršiaus.

Formacijos temperatūra: 25-45 laipsnis.

Formacijos srovė: 0. 05-0. 1c (lėtai užtikrinant vienodą SEI).

Susiformavus, SEI formavimo metu gaminamos dujos pašalinamos per avakuuminis degazavimasprocesas, užtikrinant ląstelės vidausSlėgis optimizuojamas.

Aliuminio dėklas hermetiškai uždaromas naudojantLazerio suvirinimasarbaUltragarsinis suvirinimas, užtikrinant:

Puikus hermetiškumas.

Mechaninis stiprumas.

Kai kurie dizainai taip pat prideda aSaugos ventiliacijaNorėdami išlaisvinti slėgį, jei vidinės dujos kaupiasi nenormaliai veikiant.

Kiekvienoje ląstelėje atliekamas išsamus bandymas, įskaitant:

Talpos testas: Visas įkrovimo/išleidimo ciklas.

Vidinis pasipriešinimas: Kintamosios srovės varžos testas (paprastai esant 1 kHz dažniui).

Nutekėjimo testas: Helio nuotėkio aptikimas.

Atidarykite grandinės įtampą (OCV): Savarankiško mokesčio stebėjimas.

Matmenų patikrinimas: Užtikrinant dydžio toleranciją Spec.

Išbandytos prizminės ląstelės sujungtos į modulius, naudojant:

Lazerio suvirinimasarbaUltragarsinis suvirinimasBusbarams.

IntegracijaBaterijų valdymo sistema (BMS)Stebėti įtampą, temperatūrą ir balansavimą.

Šilumos valdymo sistemos (TMS) taip pat yra integruotos, paprastai naudojant:

Aušinimo plokštelės(skystas aušinimas).

Šiluminės sąsajos medžiagos (TIM)Norėdami geriau išsklaidyti šilumą.

Prizminių ląstelių baterijos sujungiaAukštas saugumas, mechaninis stiprumas ir lankstus dizainas, todėl jie idealiai tinka reikalauti tokių programų kaipElektrinės transporto priemonės ir nejudanti saugykla. Nors gamybos procesas turi bendrų su cilindrinėmis ir maišelio ląstelėmis, tikslusaliuminio dėklas, Elektrolitų užpildymas, irsandarinimo procesasyra kritiniai veiksniai, turintys įtakos rezultatams ir patikimumui.