¿Cómo fabricar celdas de batería de paquete blando?

Una celda es la unidad más pequeña de unsistema de batería. Varias celdas forman un módulo y varios módulos forman un paquete de baterías, lo que constituye la estructura básica de las baterías de energía para automóviles.

El proceso de producción celular incluye:

(1) Preparación de la suspensión de material activo: proceso de mezcla

La mezcla implica mezclar materiales activos (fosfato de hierro y litio para el cátodo, grafito para el ánodo) en una suspensión utilizando un mezclador al vacío. Este es el primer paso en la producción de baterías. El control de calidad de este proceso afecta directamente la calidad de la batería y el rendimiento del producto terminado. Implica un flujo de trabajo complejo con requisitos estrictos en cuanto a proporciones de materia prima, pasos de mezcla, duración de la agitación y más.

(2) Recubrir la suspensión agitada sobre una lámina de cobre - Proceso de recubrimiento

Este proceso implica recubrir uniformemente la suspensión premezclada en ambos lados de la lámina de cobre.

El objetivo fundamental del recubrimiento es lograr un espesor y un peso constantes.

El recubrimiento es fundamental para garantizar un grosor y un peso uniformes de los electrodos, ya que las desviaciones comprometen la consistencia de la batería. También debe evitar la contaminación por partículas, residuos o polvo en los electrodos. Esta contaminación puede provocar una descarga acelerada de la batería e incluso suponer riesgos para la seguridad.

(3) Prensado en frío y precorte: consolidación del material del ánodo en lámina de cobre

En el taller de laminación, los rodillos comprimen las láminas de electrodos recubiertas con materiales de ánodo y cátodo. Este proceso densifica el recubrimiento para mejorar la densidad de energía y garantizar la uniformidad del espesor mientras se controla aún más el polvo y la humedad.

El prensado en frío compacta los materiales de los electrodos positivo y negativo en el papel de aluminio, lo cual es crucial para mejorar la densidad de energía.

A continuación, las láminas de electrodos prensadas en frío se cortan según las dimensiones requeridas de la batería, con un control estricto de la formación de rebabas (visibles sólo bajo un microscopio). Esto evita que las rebabas perforen el separador, lo que podría crear graves riesgos para la seguridad.

(4) Creación de las pestañas positivas y negativas de la batería: troquelado y corte de pestañas

El proceso de troquelado de pestañas utiliza una máquina troqueladora para formar las pestañas conductoras de la celda. Como las baterías tienen polos positivo y negativo, estas pestañas sirven como conductores metálicos que conectan los electrodos de la celda. En pocas palabras, son los "oídos" de los terminales de la batería y actúan como puntos de contacto durante la carga y descarga.

El proceso de corte posterior utiliza cuchillas de corte para dividir las láminas de electrodos de la batería.

(5) Completar el prototipo de celda: proceso de laminación

Las láminas de electrodos de hendidura se apilan en la secuencia: electrodo negativo, separador, electrodo positivo, separador, electrodo negativo, separador, electrodo positivo... electrodo positivo, separador, electrodo negativo. Este proceso se llama apilamiento y las láminas de electrodos ensambladas se denominan celda.

(6) Soldadura de pestañas

Este es el segundo proceso en la fabricación celular. Utilizando equipo de soldadura especializado, las pestañas se sueldan a la celda apilada.

(7) Encapsulación

Este es el tercer paso en la preparación celular. La celda está envuelta en una película de aluminio y plástico.

(8) Eliminación de humedad e inyección de electrolitos: horneado y llenado de electrolitos

La humedad es el archienemigo de los sistemas de baterías. El proceso de horneado garantiza que los niveles de humedad internos cumplan con los estándares, lo que garantiza un rendimiento óptimo durante todo el ciclo de vida de la batería.

El llenado de electrolitos es el cuarto paso en la preparación de la célula. El electrolito se inyecta en la celda encapsulada a través de un puerto de llenado reservado, formando una celda semiacabada. El electrolito actúa como sangre que fluye a través del cuerpo de la célula, donde se produce el intercambio de energía mediante la transferencia de iones cargados. Estos iones se transportan desde el electrolito al electrodo opuesto, completando el proceso de carga y descarga. El volumen de electrolito inyectado es crítico. Un llenado excesivo puede causar sobrecalentamiento o falla inmediata de la batería, mientras que un llenado insuficiente compromete el ciclo de vida de la batería.

(9) Proceso de activación celular: formación

La formación es el proceso de activación de las células después del llenado de electrolitos. A través de cargas y descargas repetidas, se producen reacciones químicas internamente para formar la película SEI (película SEI: una capa de pasivación formada durante el primer ciclo de una batería de litio cuando el electrolito reacciona con el material del ánodo en la interfaz sólido-líquido, similar a aplicar una capa protectora a la celda). Esto garantiza la seguridad, la confiabilidad y el largo ciclo de vida de la celda durante los ciclos de carga y descarga posteriores. La activación del rendimiento de la celda también implica una serie de "controles de estado" que incluyen inspección por rayos X, monitoreo del aislamiento, inspección de soldadura y pruebas de capacidad.

El proceso de formación incluye además:

- Segundo llenado de electrolito después de la activación de la celda.

- Pesaje

- Soldadura de puertos de llenado.

- Pruebas de fugas

- Prueba de autodescarga

- Envejecimiento a alta temperatura

- Envejecimiento estático

Estos pasos garantizan el rendimiento del producto.

(10) Clasificación de capacidad

Debido a variaciones de fabricación, las celdas de las baterías no pueden alcanzar capacidades idénticas. La clasificación de capacidad implica agrupar celdas por capacidad mediante pruebas de carga y descarga específicas.

(11) Inspección y embalaje para almacenamiento