Come produrre celle di batterie soft-pack?

Una cella è l'unità più piccola di asistema di batterie. Più celle formano un modulo e più moduli formano un pacco batteria, costituendo la struttura di base delle batterie per autoveicoli.

Il processo di produzione delle cellule comprende:

(1) Preparazione dell'impasto liquido di materiale attivo - Processo di miscelazione

La miscelazione prevede la miscelazione di materiali attivi (litio ferro fosfato per il catodo, grafite per l'anodo) in un impasto liquido utilizzando un miscelatore sotto vuoto. Questo è il primo passo nella produzione delle batterie. Il controllo di qualità di questo processo influisce direttamente sulla qualità della batteria e sulla resa del prodotto finito. Implica un flusso di lavoro complesso con requisiti rigorosi per i rapporti delle materie prime, le fasi di miscelazione, la durata dell'agitazione e altro ancora.

(2) Rivestimento dell'impasto liquido agitato su un foglio di rame - Processo di rivestimento

Questo processo prevede il rivestimento uniforme dell'impasto premiscelato su entrambi i lati del foglio di rame.

L'obiettivo fondamentale del rivestimento è ottenere spessore e peso costanti.

Il rivestimento è fondamentale per garantire spessore e peso uniformi dell'elettrodo, poiché le deviazioni compromettono la consistenza della batteria. Deve inoltre prevenire la contaminazione da particelle, detriti o polvere negli elettrodi. Tale contaminazione può causare uno scaricamento accelerato della batteria e persino comportare rischi per la sicurezza.

(3) Pressatura a freddo e pretaglio: consolidamento del materiale dell'anodo su un foglio di rame

Nell'officina di laminazione, i rulli comprimono i fogli di elettrodi rivestiti con materiali anodici e catodici. Questo processo densifica il rivestimento per migliorare la densità energetica e garantire l'uniformità dello spessore, controllando ulteriormente la polvere e l'umidità.

La pressatura a freddo compatta i materiali degli elettrodi positivi e negativi sul foglio di alluminio, il che è fondamentale per migliorare la densità energetica.

I fogli degli elettrodi pressati a freddo vengono quindi tagliati alle dimensioni richieste della batteria, con uno stretto controllo sulla formazione di bave (visibili solo al microscopio). Ciò impedisce alle bave di perforare il separatore, il che potrebbe creare seri rischi per la sicurezza.

(4) Creazione delle linguette positive e negative della batteria: fustellatura e taglio delle linguette

Il processo di fustellatura delle linguette utilizza una macchina fustellatrice per formare le linguette conduttive per la cella. Poiché le batterie hanno poli positivi e negativi, queste linguette fungono da conduttori metallici che collegano gli elettrodi della cella. In poche parole, sono le “orecchie” dei terminali della batteria, che fungono da punti di contatto durante la carica e la scarica.

Il successivo processo di taglio utilizza lame da taglio per dividere i fogli degli elettrodi della batteria.

(5) Completamento del prototipo della cella: processo di laminazione

I fogli degli elettrodi a fessura sono impilati nella sequenza: elettrodo negativo, separatore, elettrodo positivo, separatore, elettrodo negativo, separatore, elettrodo positivo... elettrodo positivo, separatore, elettrodo negativo. Questo processo è chiamato impilamento e i fogli di elettrodi assemblati vengono indicati come cella.

(6) Saldatura con linguetta

Questo è il secondo processo nella fabbricazione delle cellule. Utilizzando apparecchiature di saldatura specializzate, le linguette vengono saldate alla cella impilata.

(7) Incapsulamento

Questo è il terzo passo nella preparazione delle cellule. La cella è avvolta in una pellicola di alluminio-plastica.

(8) Rimozione dell'umidità e iniezione di elettroliti: cottura e riempimento di elettroliti

L’umidità è l’acerrimo nemico dei sistemi di batterie. Il processo di cottura garantisce che i livelli di umidità interna soddisfino gli standard, garantendo prestazioni ottimali durante tutto il ciclo di vita della batteria.

Il riempimento dell'elettrolita è il quarto passaggio nella preparazione delle cellule. L'elettrolita viene iniettato nella cella incapsulata attraverso un'apertura di riempimento riservata, formando una cella semilavorata. L'elettrolita agisce come il sangue che scorre attraverso il corpo della cellula, dove lo scambio di energia avviene attraverso il trasferimento di ioni carichi. Questi ioni vengono trasportati dall'elettrolita all'elettrodo opposto, completando il processo di carica e scarica. Il volume di elettrolita iniettato è fondamentale. Un riempimento eccessivo può causare il surriscaldamento o un guasto immediato della batteria, mentre un riempimento insufficiente compromette la durata della batteria.

(9) Processo di attivazione cellulare: formazione

La formazione è il processo di attivazione delle cellule dopo il riempimento dell'elettrolita. Attraverso ripetute operazioni di carica e scarica, si verificano reazioni chimiche internamente per formare la pellicola SEI (pellicola SEI: uno strato di passivazione formato durante il primo ciclo di una batteria al litio quando l'elettrolita reagisce con il materiale anodico all'interfaccia solido-liquido, simile all'applicazione di un rivestimento protettivo alla cella). Ciò garantisce la sicurezza, l'affidabilità e la lunga durata della cella durante i successivi cicli di carica e scarica. L’attivazione delle prestazioni delle celle comporta anche una serie di “controlli sanitari”, tra cui l’ispezione a raggi X, il monitoraggio dell’isolamento, l’ispezione delle saldature e il test di capacità.

Il processo di formazione comprende inoltre:

- Secondo riempimento dell'elettrolita dopo l'attivazione della cella

- Pesatura

- Saldatura dei bocchettoni di riempimento

- Test di tenuta

- Test di autoscarica

- Invecchiamento ad alta temperatura

- Invecchiamento statico

Questi passaggi garantiscono le prestazioni del prodotto.

(10) Ordinamento per capacità

A causa delle variazioni di produzione, le celle della batteria non possono raggiungere capacità identiche. L'ordinamento della capacità prevede il raggruppamento delle celle in base alla capacità attraverso specifici test di carica-scarica.

(11) Ispezione e imballaggio per lo stoccaggio