Análise dos processos de fabricação de baterias de íons de lítio e principais pontos de controle

Como unidade central de armazenamento de energia no novo setor de energia, as baterias de-íon de lítio exigem processos de fabricação complexos e precisos. Este artigo usa a bateria cilíndrica de íons de lítio 18650 como exemplo para analisar o processo de fabricação da bateria, os principais pontos de controle e o impacto das diferentes etapas do processo no desempenho e na segurança da bateria. Além disso, ao combinar o projeto estrutural de baterias prismáticas e caixas de alumínio para conjuntos de baterias de íons de lítio, a compatibilidade de diferentes tipos de caixas (incluindo caixas de células prismáticas e caixas de alumínio) com o processo de fabricação é explorada.

 

 

1. Princípios Eletroquímicos

As baterias de íon-de lítio consistem em um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, um separador e um eletrólito. A carga e a descarga são obtidas através da intercalação e desintercalação de íons de lítio (Li⁺) entre os eletrodos positivo e negativo. Durante o carregamento, Li⁺ é intercalado do eletrodo positivo para o eletrodo negativo; durante a descarga, o processo se inverte. Essa reação de intercalação reversível proporciona às baterias de íons de lítio alta densidade de energia e excelente desempenho de ciclagem.

 

2. Estrutura da bateria e tipo de caixa

Uma típica célula de bateria de íons de lítio consiste em eletrodos, um separador, um eletrólito, abas e um invólucro. Os tipos de revestimento comuns atualmente disponíveis incluem aço, níquel e alumínio. As caixas de bateria de alumínio, devido à sua excelente condutividade térmica, construção leve e resistência à corrosão, são amplamente utilizadas nos setores de energia e armazenamento de energia. Os invólucros prismáticos de alumínio e os invólucros de alumínio das células de lítio, em particular, são predominantes em novos veículos de energia e centrais de armazenamento de energia.

 

Por exemplo, a caixa de alumínio 3003-H14, devido à sua excelente ductilidade e resistência mecânica, demonstra excelente conformabilidade e durabilidade na fabricação de caixas de alumínio para baterias LFP e células de alumínio para baterias prismáticas LiFePo4.

 

 

 

O processo de fabricação da bateria de-íon de lítio geralmente é dividido em três estágios: pré-fabricação, pós{2}}fabricação e triagem e testes. Cada estágio impacta diretamente a consistência e a confiabilidade das células da bateria.

 

(I) Processo-frontal: formação central

O processo inicial-end inclui dez etapas: mistura de pasta, revestimento, prensagem de rolo, corte, cobertura, enrolamento, inserção de caixa, soldagem de fundo, ranhuramento de rolo e cozimento. O objetivo principal é processar materiais de eletrodos positivos e negativos em pó em núcleos estáveis.

 

Mistura e revestimento de pasta:Os pós dos eletrodos positivo e negativo, o agente condutor e o aglutinante são misturados proporcionalmente para formar uma pasta de suspensão, que é então revestida uniformemente no coletor de corrente. A espessura e uniformidade do revestimento afetam diretamente a densidade de energia e o ciclo de vida da bateria.

 

Prensagem e corte de rolo:A prensagem do rolo ajusta a densidade, espessura e compactação das folhas de eletrodo. Durante o corte, rebarbas e lascas devem ser evitadas para evitar curto-circuitos. Esta etapa requer alta limpeza e baixo controle de umidade para evitar que a umidade afete o desempenho eletroquímico.

 

Enrolamento e inserção da caixa:As células cilíndricas são formadas através de um processo de enrolamento, enquanto as células prismáticas ou células Prismatic Cell Case são formadas usando um processo de empilhamento. Ao inserir o núcleo na caixa, as dimensões da caixa devem corresponder com precisão. Isso é especialmente verdadeiro para caixas de alumínio para baterias de íons de lítio, onde o controle de tolerância da caixa afeta diretamente a vedação e a resistência à pressão.

 

Soldagem inferior e canal por laminação
A aba negativa e a caixa são soldadas para formar o circuito. Ao soldar caixas prismáticas de alumínio, a zona-afetada pelo calor (ZTA) deve ser controlada para evitar oxidação e enfraquecimento da caixa de alumínio.

 

Cozimento e Desumidificação
O cozimento remove a umidade do núcleo, mantendo traços de umidade no nível de ppm para garantir uma reação estável com o eletrólito.

 

(II) Processo-back-end: embalagem e envase de líquidos

 

Enchimento Líquido
Após a injeção do eletrólito, o eletrodo deve estar totalmente encharcado. Controlar o volume de injeção, temperatura e umidade é crucial. O enchimento excessivo de eletrólito pode causar expansão da bateria ou abertura prematura da válvula de segurança; o enchimento insuficiente de eletrólito pode levar à perda de capacidade e ao risco de revestimento de lítio.

 

Soldagem e Vedação
A soldagem da placa de cobertura e a formação de vedação determinam a estanqueidade da bateria. Para carcaças quadradas de alumínio ou carcaças de alumínio com células de lítio, é necessária tecnologia de soldagem a laser de precisão para garantir uma vedação completa.

 

Limpeza e Filmagem
Remova o líquido residual e as impurezas do revestimento externo para evitar a corrosão do eletrólito. O filme termorretrátil externo garante o isolamento entre os eletrodos positivo e negativo, evitando curtos-circuitos externos e melhorando a qualidade da aparência.

 

(III) Etapa de Triagem e Teste

Depois que as células da bateria são formadas, elas passam por ativação, formação, envelhecimento, classificação e classificação de capacidade para garantir consistência e segurança de fábrica.

 

Ativação e Formação
A ativação garante que o eletrólito permeie totalmente os eletrodos. A formação é o primeiro processo de carregamento, criando um filme SEI estável. O controle dos parâmetros de corrente, tensão e temperatura é crucial para prolongar a vida útil das células da bateria.

 

Envelhecimento e Classificação
O envelhecimento envolve armazenamento em temperatura constante para detectar queda de tensão e riscos de curto-circuito interno. A classificação categoriza as células por resistência interna e capacidade, garantindo consistência para a correspondência subsequente do módulo.

 

Capacidade e armazenamento
O envio é feito por classificação de capacidade para garantir a correspondência de desempenho das células de alumínio da bateria prismática LiFePo4 durante a montagem, melhorando a eficiência energética do sistema e o ciclo de vida.

 

 

A caixa da célula da bateria de íons de lítio não é apenas uma camada protetora mecânica, mas também um componente chave para a estabilidade do sistema eletroquímico. O uso de caixas de liga de alumínio, como caixa de alumínio 3003-H14, caixa prismática de alumínio ou caixa de alumínio para bateria LFP, melhora significativamente o gerenciamento térmico e a resistência estrutural.

 

Condutividade Térmica:Os gabinetes de alumínio dissipam o calor com mais eficiência do que os gabinetes de aço, tornando-os adequados para ambientes de alta-taxa de descarga e alta-temperatura.

 

Vantagem leve:As caixas de bateria de alumínio têm uma densidade de apenas um{0}}terço da das caixas de aço, contribuindo para a redução do peso do veículo.

 

Compatibilidade de formação:Os invólucros de alumínio com células prismáticas apresentam excelente ductilidade durante a estampagem e o estiramento, tornando-os adequados para produção em massa.

 

Resistência à corrosão e vedação:As caixas de liga de alumínio podem ser anodizadas para formar uma densa camada protetora, aumentando a segurança.

 

Assim, desde a fabricação do núcleo até a formação da caixa, a fabricação precisa e a qualidade do tratamento de superfície da caixa de alumínio para baterias de íons de lítio são cruciais para garantir a segurança e a consistência da bateria.

 

 

 

A fabricação de baterias de-íon de lítio é um projeto sistemático que envolve materiais, eletroquímica, usinagem e controle automatizado. Com o rápido desenvolvimento da nova indústria de energia, a demanda por caixas de células prismáticas e células de alumínio para baterias prismáticas LiFePo4 continua a crescer, e a tecnologia de caixas de liga de alumínio está se tornando um foco principal para otimizar o desempenho da bateria.

 

Ao otimizar o processo de fabricação, controlar com precisão a umidade ambiente e aderir estritamente aos padrões de invólucro e embalagem, a confiabilidade e a vida útil dos invólucros de alumínio para conjuntos de baterias de-íon de lítio podem ser significativamente melhoradas, fornecendo soluções de armazenamento de energia mais seguras e eficientes para novos sistemas de energia.