فرآیند تولید باتری سلول منشوری: یک راهنمای جامع

مقدمه

باتری های حالت آلومینیومی منشور به دلیل راندمان حجمی بالا ، استحکام مکانیکی و سهولت مونتاژ مدولار ، در وسایل نقلیه برقی (EVS) و سیستم های ذخیره انرژی (ESS) به طور فزاینده ای محبوب شده اند. در مقایسه با سلولهای استوانه ای و کیسه ای ، سلولهای منشوری تعادل بین چگالی انرژی ، عملکرد حرارتی و استحکام مکانیکی ارائه می دهند. در این مقاله فرآیند تولید کامل ، از مواد اولیه گرفته تا بسته نهایی باتری مونتاژ شده بیان شده است.

مواد کاتدی

مواد کاتدی متداول عبارتند از:

لیتیوم آهن فسفات (LFP)

اکسید کبالت منگنز نیکل (NMC)

اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل کبالت (NCA)

این مواد از طریق واکنشهای حالت جامد در دماهای بالا (به طور معمول درجه {1}} درجه) برای دستیابی به تبلور بالا سنتز می شوند.

مواد آندی

آند معمولاً از:

گرافیت (مصنوعی یا طبیعی)

کامپوزیت سیلیکون-کربن (برای سلولهای با انرژی بالا)

مواد اولیه برای دستیابی به اندازه ذرات بهینه شده ، سطح سطح و تراکم شیر پردازش می شوند.

الکترولیت

الکترولیت به طور معمول a استنمک لیتیوم(LIPF6) در مخلوطی از حلال های آلی مانند حل شده استEC (کربنات اتیلن) ​​، DMC (کربنات دی متیل)، و مواد افزودنی برای تقویت ثبات و عملکرد.

جدا کننده

سلولهای منشوری به طور معمول از جداکننده های چند لایه پلی پروپیلن (PP) یا پلی اتیلن (PE) استفاده می کنند ، با ضخامت از12μm تا 20μm، اطمینان از استحکام مکانیکی و ثبات حرارتی.

تهیه دوغاب

کاتد: ماده فعال + عامل رسانا (کربن سیاه) + چسب (PVDF) مخلوط با حلال NMP.

آند: گرافیت + عامل رسانا + چسبنده (CMC + SBR) با آب دیونیزه شده مخلوط شده است.

تجهیزات مخلوط دوغاب:میکسر برشی بالا ، میکسر سیاره ای.

روکش

دوغاب آماده به طور مساوی روی فویل های فلزی پوشیده شده است:

کاتب: روی فویل آلومینیومی پوشیده شده است.

آنه: روی فویل مس روکش شده است.

روش پوشش:پوشش مردانهیاپوشش نوار کاما.

خشک شدن

فویل های روکش شده خشک می شونداجاق های خشک کن مداوم، از بین بردن حلال ها (NMP یا آب) در دمای دقیقاً کنترل شده.

خشک کردن کاتد: 120-140 درجه

خشک کردن آند: 80-120 درجه

تقویم

هر دو الکترود از طریق یک جفت غلطک دقیق برای فشرده سازی پوشش عبور می کنند ، اطمینان حاصل می کنند:

ضخامت یکنواخت

چگالی الکترود بالاتر.

تماس بهتر بین مواد فعال و جمع کننده فعلی.

اهداف چگالی تقویم:

کاتد: 2. {1}} 5 گرم در سانتی متر مربع

آند: 1. 4-1. 8 گرم در سانتی متر مربع

بریده

بعد از تقویم ، الکترودها هستندشکافبه نوارهای باریک ، مطابق با طراحی سلول.

جوشکاری برگه

زبانه های جمع کننده فعلی (آلومینیوم برای کاتد ، مس برای آند) به الکترودها جوش داده می شوند.

انباشته

سلولهای منشوری به طور معمول استفاده می کنندانباشت Z برابریالمینیت انباشت، جایی که کاتد ، جداکننده و آند به طور متناوب در یک ساختار ساندویچ جمع و جور جمع می شوند.

درج پرونده

مونتاژ الکترود انباشته در یک پیش ساخته قرار می گیردمورد آلومینیوم، ساخته شده ازآلیاژ آلومینیوم (معمولاً 3003 یا 1060).

تزریق الکترولیت

برای اطمینان از خیس شدن کامل تمام سطوح داخلی ، الکترولیت در زیر خلاء به پرونده تزریق می شود.

دقت پر کردن الکترولیت: ± 0 5 گرم در هر سلول.

قبل از خوابیدن

پس از پر کردن الکترولیت ، سلول استاز قبلبرای محافظت موقت از محیط داخلی در طی فرآیند تشکیل.

سلولها تحت یک فرآیند اولیه و تخلیه به نامتشکیل، که اجازه می دهدSEI (interphase الکترولیت جامد)لایه ای برای شکل دادن بر روی سطح آند.

دمای تشکیل: 25-45 درجه.

جریان تشکیل: 0. 05-0. 1c (برای اطمینان از یکنواخت SEI کند).

پس از تشکیل ، گاز تولید شده در طول تشکیل SEI از طریق A برداشته می شودخلاءفرآیند ، اطمینان از داخلی سلولفشار بهینه شده است.

مورد آلومینیوم با استفاده از مهر و موم شده استجوش لیزریاجوش اولتراسونیک، اطمینان از:

هرمتیک عالی.

قدرت مکانیکی.

برخی از طرح ها همچنین اضافه می کننددریچه ایمنیبرای آزاد کردن فشار در صورت ایجاد گاز داخلی در حین کار غیر طبیعی.

هر سلول تحت آزمایش جامع قرار می گیرد ، از جمله:

تست ظرفیت: چرخه شارژ کامل/تخلیه.

مقاومت داخلی: آزمون امپدانس AC (به طور معمول در 1 کیلوهرتز).

تست نشتی: تشخیص نشت هلیوم.

ولتاژ مدار باز (OCV): نظارت برای خود تخفیف.

بررسی ابعاد: تضمین تحمل اندازه در مشخصات.

سلولهای منشوری آزمایش شده با استفاده از ماژول ها ترکیب می شوند:

جوش لیزریاجوش اولتراسونیکبرای اتوبوس ها

ادغامسیستم مدیریت باتری (BMS)برای نظارت بر ولتاژ ، دما و تعادل.

سیستم های مدیریت حرارتی (TMS) نیز یکپارچه هستند ، به طور معمول با استفاده از:

صفحات خنک کننده(خنک کننده مایع).

مواد رابط حرارتی (TIM)برای اتلاف بهتر گرما.

باتری های سلولی منشوری ترکیب می شوندایمنی بالا ، استحکام مکانیکی و طراحی انعطاف پذیر، آنها را برای درخواست برنامه های کاربردی مانند ایده آل کنیدوسایل نقلیه برقی و ذخیره سازی ثابتبشر در حالی که فرآیند تولید مشترکات را با سلولهای استوانه ای و کیسه ای به اشتراک می گذارد ، استفاده دقیق ازمورد آلومینیوم, پر کردن الکترولیتوتروند آب بندیعوامل مهم بر عملکرد و قابلیت اطمینان هستند.