عملية إنتاج بطارية الخلايا المنشورية: دليل شامل

مقدمة

أصبحت بطاريات حالة الألومنيوم المنشورية شائعة بشكل متزايد في السيارات الكهربائية (EVs) وأنظمة تخزين الطاقة (ESS) بسبب كفاءتها الحجمية العالية ، والمتانة الميكانيكية ، وسهولة التجميع المعياري. بالمقارنة مع الخلايا الأسطوانية والحقيقة ، توفر الخلايا المنشورية توازنًا بين كثافة الطاقة والأداء الحراري والقوة الميكانيكية. تحدد هذه المقالة عملية الإنتاج الكاملة ، من المواد الخام إلى حزمة البطارية المجمعة النهائية.

مواد الكاثود

تشمل مواد الكاثود الشائعة:

فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)

أكسيد الكوبالت المنغنيز النيكل (NMC)

ليثيوم نيكل أكسيد الألمنيوم (NCA)

يتم تصنيع هذه المواد عن طريق تفاعلات الحالة الصلبة في درجات حرارة عالية (عادة 700-900) لتحقيق بلورة عالية.

مواد الأنود

عادة ما يكون الأنود مصنوعًا من:

الجرافيت (اصطناعي أو طبيعي)

مركب السيليكون الكربون (لخلايا الطاقة العالية)

تتم معالجة المواد الخام لتحقيق حجم الجسيمات المحسّن ومساحة السطح وكثافة الصنبور.

المنحل بالكهرباء

المنحل بالكهرباء عادةملح الليثيوم(LIPF6) يذوب في مزيج من المذيبات العضوية مثلEC (كربونات الإيثيلين) ، DMC (كربونات ثنائي ميثيل)، والإضافات لتعزيز الاستقرار والأداء.

فاصل

عادةً ما تستخدم الخلايا المنشورية فواصل البولي بروبيلين متعددة الطبقات (PP) أو الفواصل بين إيثيلين (PE) ، مع سماكة تتراوح بينها12μm إلى 20μm، ضمان القوة الميكانيكية والاستقرار الحراري.

تحضير الملاط

الكاثود: مادة نشطة + عامل موصل (أسود كربون) + موثق (PVDF) مختلط مع مذيب NMP.

Anode: Graphite + Conclued Agent + Binder (CMC + SBR) مختلطة بالماء منزوع الأيونات.

معدات خلط الملاط:خلاط قص عالي ، خلاط كوكبي.

طلاء

الملاط المعدة مغلفة بالتساوي على رقائق معدنية:

الكاثود: المغلفة على رقائق الألومنيوم.

الأنود: المغلفة على رقائق النحاس.

طريقة الطلاء:فتحة فتحة فتحةأوطلاء شريط الفاصلة.

تجفيف

يتم تجفيف الرقائق المطليةأفران التجفيف المستمر، إزالة المذيبات (NMP أو الماء) تحت درجات حرارة محكومة بدقة.

تجفيف الكاثود: 120-140 درجة

أنود تجفيف: 80-120 درجة

التقويم

تمر كلا القطبين عبر زوج من بكرات الدقة لضغط الطلاء ، مما يضمن:

سمك موحد.

ارتفاع كثافة القطب.

اتصال أفضل بين المواد النشطة والمجمع الحالي.

أهداف كثافة التقويم:

الكاثود: 2. 8-3. 5 جم/سم

Anode: 1. 4-1. 8 g/cm³

الانزلاق

بعد التقويم ، الأقطاب الكهربائيةشقفي شرائط ضيقة ، مطابقة تصميم الخلية.

علامة تبويب اللحام

تبويب جامع الحالية (الألومنيوم للكاثود والنحاس لأنود) يتم لحامها إلى الأقطاب الكهربائية.

تكديس

عادة ما تستخدم الخلايا المنشوريةZ-Fold Stadingأوتكديس التصفيح، حيث يتم تكديس الكاثود والفاصل والأنود بالتناوب في بنية شطيرة مدمجة.

إدراج القضية

يتم إدراج مجموعة القطب المكدسة في شكل مسبقًاحالة الألومنيوم، مصنوعة منسبيكة الألومنيوم (عادة 3003 أو 1060).

حقن المنحل بالكهرباء

يتم حقن المنحل بالكهرباء في العلبة تحت الفراغ لضمان الترطيب الكامل لجميع الأسطح الداخلية.

دقة تعبئة الإلكتروليت: ± 0. 5g لكل خلية.

مسبق

بعد ملء المنحل بالكهرباء ، الخليةختم مسبقالحماية البيئة الداخلية مؤقتًا أثناء عملية التكوين.

تخضع الخلايا لعملية شحن وتصريف أولية تسمىتشكيلالذي يسمح لSEI (الطور الإلكتروليت الصلب)طبقة لتشكيل على سطح الأنود.

درجة حرارة التكوين: 25-45 درجة.

تيار التكوين: 0. 05-0. 1C (بطيء لضمان موحد SEI).

بعد التكوين ، تتم إزالة الغاز المنتجة أثناء تشكيل SEI من خلالتفريغ degassingالعملية ، ضمان داخلي للخليةتم تحسين الضغط.

علبة الألومنيوم مختومة بدقة باستخداملحام الليزرأواللحام بالموجات فوق الصوتية، ضمان:

الممتاز الممتاز.

القوة الميكانيكية.

بعض التصميمات تضيف أيضا أتنفيس السلامةلإطلاق الضغط إذا كان الغاز الداخلي يتراكم أثناء التشغيل غير الطبيعي.

تخضع كل خلية لإجراء اختبارات شاملة ، بما في ذلك:

اختبار السعة: دورة الشحن الكاملة/التفريغ.

المقاومة الداخلية: اختبار المعاوقة AC (عادة في 1 كيلو هرتز).

اختبار التسرب: الكشف عن تسرب الهيليوم.

جهد الدائرة المفتوحة (OCV): مراقبة التفريغ الذاتي.

فحص البعد: ضمان تسامح الحجم داخل المواصفات.

يتم الجمع بين الخلايا المنشورية المختبرة في وحدات باستخدام:

لحام الليزرأواللحام بالموجات فوق الصوتيةلقرار.

تكاملنظام إدارة البطارية (BMS)لمراقبة الجهد ودرجة الحرارة والموازنة.

يتم دمج أنظمة الإدارة الحرارية (TMS) أيضًا ، وعادة ما تستخدم:

لوحات التبريد(التبريد السائل).

مواد الواجهة الحرارية (تيم)لتحسين تبديد الحرارة.

تجمع بطاريات الخلايا المنشوريةالسلامة العالية والقوة الميكانيكية والتصميم المرنوجعلها مثالية للتطبيقات مثلالسيارات الكهربائية والتخزين الثابت. في حين أن عملية الإنتاج تشتركحالة الألومنيوم, ملء المنحل بالكهرباء، وعملية الختمهي العوامل الحاسمة التي تؤثر على الأداء والموثوقية.