Processus de production de batterie à cellules prismatiques: un guide complet

Introduction

Les batteries à cas d'aluminium prismatique sont devenues de plus en plus populaires dans les véhicules électriques (EV) et les systèmes de stockage d'énergie (ESS) en raison de leur efficacité volumétrique élevée, de leur robustesse mécanique et de leur facilité d'assemblage modulaire. Par rapport aux cellules cylindriques et à poche, les cellules prismatiques offrent un équilibre entre la densité d'énergie, les performances thermiques et la résistance mécanique. Cet article décrit le processus de production complet, des matières premières à la batterie réunie finale.

Matériaux de cathode

Les matériaux de cathode commun comprennent:

Phosphate de fer au lithium (LFP)

Oxyde de cobalt de manganèse nickel (NMC)

Lithium nickel cobalt aluminium oxyde (NCA)

Ces matériaux sont synthétisés via des réactions à l'état solide à des températures élevées (généralement 700-900) pour atteindre une cristallinité élevée.

Matériaux d'anode

L'anode est généralement fabriquée à partir de:

Graphite (artificiel ou naturel)

Composite en silicium-carbone (pour les cellules à haute énergie)

Les matières premières sont traitées pour atteindre la taille optimisée des particules, la surface et la densité du robinet.

Électrolyte

L'électrolyte est généralement unsalon de lithium(Lipf6) dissous dans un mélange de solvants organiques tels queEC (carbonate d'éthylène), DMC (diméthyl carbonate)et additifs pour améliorer la stabilité et les performances.

Séparateur

Les cellules prismatiques utilisent généralement des séparateurs en polypropylène multicouche (PP) ou en polyéthylène (PE), avec une épaisseur allant de12 μm à 20 μm, assurer la résistance mécanique et la stabilité thermique.

Préparation de lisier

Cathode: Matériau actif + agent conducteur (noir de carbone) + liant (PVDF) mélangé avec du solvant NMP.

Anode: graphite + agent conducteur + liant (CMC + SBR) mélangé à de l'eau déionisée.

Équipement de mélange de suspension:Mélangeur à cisaillement élevé, mélangeur planétaire.

Revêtement

La suspension préparée est uniformément recouverte de feuilles métalliques:

Cathode: Enduit sur du papier d'aluminium.

Anode: Enduit sur du papier d'aluminium en cuivre.

Méthode de revêtement:Revêtement de pêche à la fenteourevêtement de barre de virgule.

Séchage

Les feuilles enduites sont séchéesfours de séchage continu, enlevant des solvants (NMP ou eau) à des températures précisément contrôlées.

Séchage de la cathode: 120-140 degré

DÉSIN ANODE: 80-120 degré

Calendrier

Les deux électrodes passent à travers une paire de rouleaux de précision pour comprimer le revêtement, garantissant:

Épaisseur uniforme.

Densité d'électrode plus élevée.

Meilleur contact entre le matériau actif et le collecteur de courant.

Cibles de densité de calendrier:

Cathode: 2. 8-3. 5 g / cm³

Anode: 1. 4-1. 8 g / cm³

Rotation

Après le calendrier, les électrodes sontfenteen bandes étroites, correspondant à la conception des cellules.

Soudage à l'onglet

Les onglets de collection de courant (aluminium pour cathode, cuivre pour l'anode) sont soudés aux électrodes.

Empilement

Les cellules prismatiques utilisent généralementPile zonouempilement de laminage, où la cathode, le séparateur et l'anode sont alternativement empilés dans une structure sandwich compacte.

Insertion de cas

L'ensemble d'électrode empilée est inséré dans uncasse en aluminium, fabriqué à partir dealliage d'aluminium (généralement 3003 ou 1060).

Injection d'électrolyte

L'électrolyte est injecté dans le boîtier sous vide pour assurer le mouillage complet de toutes les surfaces internes.

Précision de remplissage d'électrolyte: ± 0. 5g par cellule.

Pré-scellant

Après le remplissage d'électrolyte, la cellule estpré-scellépour protéger temporairement l'environnement interne pendant le processus de formation.

Les cellules subissent une charge initiale et un processus de décharge appeléformation, qui permet leSEI (interphase d'électrolyte solide)couche pour se former sur la surface de l'anode.

Température de formation: 25-45 degré.

Courant de formation: 0. 05-0. 1c (lent pour assurer un SEI uniforme).

Après la formation, le gaz produit pendant la formation de SEI est retiré par undégazage à l'aspirateurprocessus, assurer la cellule internela pression est optimisée.

Le boîtier en aluminium est hermétiquement scellé en utilisantsoudage au laserouSoudage à ultrasons, assurer:

Excellente herméticité.

Résistance mécanique.

Certains modèles ajoutent également unévent de sécuritépour libérer la pression si le gaz interne s'accumule pendant un fonctionnement anormal.

Chaque cellule subit des tests complets, notamment:

Test de capacité: Cycle de charge / décharge complet.

Résistance interne: Test d'impédance AC (généralement à 1 kHz).

Test de fuite: Détection des fuites d'hélium.

Tension de circuit ouvert (OCV): Surveillance de l'auto-décharge.

Vérification de la dimension: Assurer la tolérance à la taille dans les spécifications.

Les cellules prismatiques testées sont combinées en modules en utilisant:

Soudage au laserouSoudage à ultrasonspour les bus.

Intégration deSystème de gestion des batteries (BMS)pour surveiller la tension, la température et l'équilibrage.

Les systèmes de gestion thermique (TMS) sont également intégrés, généralement en utilisant:

Plaques de refroidissement(refroidissement liquide).

Matériaux d'interface thermique (TIM)pour une meilleure dissipation de chaleur.

Les batteries cellulaires prismatiques se combinentSécurité élevée, résistance mécanique et conception flexible, les rendre idéaux pour exiger des applications telles quevéhicules électriques et stockage stationnaire. Alors que le processus de production partage les points communs avec des cellules cylindriques et de poche, la manipulation précise de lacasse en aluminium, remplissage d'électrolyte, etprocessus d'étanchéitésont des facteurs critiques affectant les performances et la fiabilité.