Proceso de fabricación de baterías de ion de litio
La fabricación de baterías de iones de litio es un proceso complejo. En este artículo, discutiremos cada paso en detalle de la producción, mientras tanto presentaremos dos casos de producción con parámetros específicos para una mejor comprensión:
La producción de batería de bobinado cilíndrico 18650 (capacidad 1400 mA·h) y batería de bobinado tipo 383450 (capacidad 750 mA·h)
Diseño del Proceso de Fabricación de Baterías de Iones de Litio
La fabricación de núcleos de baterías de iones de litio incluye cuatro etapas:
La fabricación de las láminas de electrodos, el ensamblaje del núcleo, la formación del núcleo y el empaquetado de la batería, como se muestra en el diagrama 1.
Cada proceso en la preparación del núcleo de la batería es crucial, y un manejo incorrecto puede tener un impacto directo en el rendimiento del producto, aumentando la proporción de productos defectuosos.
1. Proceso de Fabricación de Electrodos
1.1 Proceso de Mezclado de Ingredientes
Se pesan los ingredientes de acuerdo con la tabla de ingredientes de los materiales del ánodo y cátodo, y luego se hornean a la temperatura correspondiente.
Una vez que los materiales del ánodo y cátodo sean adecuados, se pueden convertir en pulpa siguiendo el flujo de proceso del mezclado del ánodo y cátodo (los parámetros de agitación varían según la configuración de la máquina mezcladora).
En todo momento, es importante mantener la temperatura de la pulpa por debajo de 30°C.
Se utiliza un mezclador de doble eje con función de dispersión, como se muestra en la figura 2.
Las precauciones para la preparación de ingredientes son las siguientes:
(1) Evitar la contaminación con otras impurezas.
(2) Prevenir salpicaduras de la pulpa.
(3) Ajustar gradualmente la concentración de la pulpa (contenido sólido) de alta a baja para evitar problemas.
(4) Durante el proceso de agitación intermitente, es importante raspar los bordes y el fondo para asegurar una dispersión uniforme.
1- Carbonato de litio 2- Agente conductor 3- Mezcladora de material del cátodo
4- Suspensión 5- Aglutinante 6- Solvente 7- Tanque de fabricación
8- Carrito de suspensión 9- Grafito 10- Agente conductor
11- Aglutinante de tipo SBR 12- Mezcladora de material del cátodo
13- Suspensión 14- Carrito de suspensión 15- Carboximetilcelulosa (CMC)
16- Solvente 17- Tanque de fabricación
(5) La suspensión no debe dejarse reposar durante mucho tiempo para evitar la sedimentación o la disminución de la uniformidad.
(6) Los materiales que requieren horneado deben agregarse después de un enfriamiento y sellado adecuados para evitar cambios en las propiedades de los componentes.
(7) La duración del proceso de mezcla depende del rendimiento del equipo y la cantidad de material agregado.
Las palas de agitación deben reemplazarse según la dificultad de dispersión de la suspension.
si no se pueden reemplazar, se puede ajustar la velocidad de rotación de lenta a rápida para evitar daños al equipo.
(8) Tamice la suspensión antes de la descarga, como se muestra en la Figura 3. El tamizado de la suspensión de los materiales del cátodo y el ánodo es para eliminar las impurezas metálicas, principalmente hierro, de los materiales del cátodo y el ánodo, al mismo tiempo que elimina las partículas grandes para evitar roturas durante el proceso de recubrimiento.
1.2 Proceso de Recubrimiento
El recubrimiento implica aplicar las materias primas preparadas para los electrodos positivo y negativo, de acuerdo con sus respectivos requisitos, sobre láminas de aluminio y cobre. Luego, se pasa por un horno para secar y evaporar los solventes, resultando finalmente en la producción de las láminas de electrodos positivos y negativos.
El principio de funcionamiento de la máquina de recubrimiento es el siguiente: El material se mueve gracias a un rodillo en la máquina de recubrimiento.
Para cumplir con los requisitos de densidad superficial establecidos en el proceso, se ajusta el espacio entre las cuchillas raspadoras para controlar la cantidad de material transferido, lo que a su vez controla la densidad superficial del recubrimiento. Además, al hacer girar simultáneamente los rodillos de goma y los rodillos de recubrimiento, se transfiere el material a la superficie de las láminas metálicas.
Finalmente, las láminas de electrodos entran en un horno para secarse y evaporar los solventes presentes en la mezcla. De esta manera, los materiales de los electrodos positivos y negativos se adhieren adecuadamente a la superficie de los colectores de corriente.
El principio y el proceso de recubrimiento de las láminas de electrodos se ilustran en la Figura 3.
1.3 Proceso de Rodillo para Electrodos
El proceso de rodillo consiste en utilizar una máquina de rodillo automática con la presión y la separación adecuadas entre los rodillos para comprimir de manera uniforme el electrodo a un espesor determinado. Esto permite que el material activo esté en contacto cercano con el colector y la malla, reduciendo la distancia que los electrones deben recorrer, disminuyendo el grosor del electrodo, aumentando la carga y mejorando la utilización del volumen de la batería.
Antes del proceso de rodillo, el electrodo debe ser horneado a 60°C durante varias horas, de lo contrario, puede ocurrir fácilmente la pérdida de polvo o el desprendimiento de la capa después de la compresión.
El proceso de rodillo de electrodo se muestra en la figura 4.
El proceso de laminado requiere que:
- La superficie y la sección del papel de aluminio sean lisas, uniformes en color, sin líneas brillantes evidentes, protuberancias evidentes, rayas oscuras, etc.
- No haya deformaciones ni arrugas evidentes en los bordes.
- No haya caída de polvo.
- No haya óxido en el núcleo.
1.4 Corte de pieza polar
La división de las láminas de electrodo se realiza debido a que el diámetro de las celdas de batería 18650 es de 18 mm y el diámetro de la lámina de electrodo debe controlarse entre 17.5 y 18 mm.
Por lo tanto, las láminas de electrodo no pueden ser demasiado largas, de lo contrario, no se pueden enrollar y colocar en el cuerpo de la batería.
Si las láminas de electrodo son demasiado cortas, no llenarán completamente el cuerpo de la batería, lo que podría representar un riesgo de seguridad.
La división de las láminas de electrodo se muestra en la figura 5.
2. Diseño de procesos del taller de montaje.
El proceso de ensamblaje de la batería es el siguiente:
Bobinado → Ensamblaje en la carcasa → Ranura de laminación → Horneado del conjunto de electrodos → Inyección de líquido → Soldadura láser → Sellado.
En cuanto al diseño del proceso de bobinado, se detalla a continuación:
El bobinado implica el uso de un separador para separar las láminas de electrodos positivos y negativos y enrollarlas juntas para prepararlas para el ensamblaje en la carcasa.
– Antes del bobinado, se debe realizar una inspección de rebabas en las láminas de electrodos positivos y negativos.
- Las rebabas no deben superar los 12 micrómetros.
- La resistencia a la tracción de las pestañas de los electrodos positivos y negativos debe ser de al menos 15 N.
- No debe haber deformaciones en los puntos de soldadura.
- El separador debe estar en buen estado, sin arrugas, roturas, adhesiones a las paredes del núcleo ni obstrucciones en los orificios.
– Durante el bobinado, se debe prestar atención a la alineación:
- Desde el borde del núcleo, el electrodo negativo debe envolver completamente al electrodo positivo, con un requisito de tamaño de (1 ± 0,7) mm.
- En la dirección de anchura, el separador debe envolver completamente el electrodo negativo, con un requisito de tamaño de (1 ± 0,5) mm.
La máquina de bobinado automático de baterías de iones de litio se muestra en la figura 6, y la batería enrollada sin daños ni rebabas se muestra en la figura 7, como se puede ver en las imágenes.
Luego, se inyecta el electrolito en las celdas ensambladas y se sellan.
La humedad ambiente durante la inyección debe ser del 20% al 40% de humedad relativa.
Una máquina de inyección automática se muestra en la figura 8.
Las demás etapas están representadas en las Figuras 9 a 12.
3. Proceso de formación química.
El proceso de formación de las baterías de iones de litio es esencial antes de salir de la fábrica y consta de tres etapas principales: formación, prueba y clasificación.
La formación de las baterías de iones de litio tiene dos propósitos principales:
(1) Permitir que las sustancias activas en la batería se conviertan, durante la primera carga, en materiales que funcionen electroquímicamente de manera normal.
(2) Crear una película de interfaz sólida y efectiva en la superficie de los electrodos, principalmente en el electrodo negativo, para prevenir reacciones no deseadas con el electrolito y garantizar un buen contacto entre las sustancias activas y el electrolito.
Durante el período de formación de la batería, las primeras cargas y descargas pueden reducir la capacidad de la batería debido a reacciones irreversibles.
Una vez que el estado electroquímico se estabiliza, la capacidad de la batería tiende a mantenerse constante.
Por lo tanto, algunas baterías pueden requerir múltiples ciclos de carga y descarga para alcanzar una capacidad estable.
Para todas las baterías de iones de litio, es crucial controlar el proceso de carga.
Normalmente, se inicia con una corriente constante y, una vez que el voltaje de carga de la batería alcanza el valor establecido, se cambia al modo de voltaje constante.
Cargar una batería de iones de litio a voltajes inapropiados durante la etapa de voltaje constante puede afectar negativamente su vida útil y, en casos extremos, provocar la descomposición del electrolito, lo que podría representar un peligro.
La carga de las baterías de iones de litio generalmente se realiza mediante pruebas de carga y descarga con corriente constante y voltaje constante, por lo tanto, es esencial un control preciso del voltaje de terminación de carga.
4. Proceso de clasificación de capacidad
Durante el proceso de fabricación de las baterías, debido a razones de proceso, es imposible que la capacidad real de todas las baterías sea completamente uniforme.
El proceso de clasificación de las baterías según su capacidad se lleva a cabo mediante un cierto procedimiento de carga y descarga para detectar y clasificar las baterías según su capacidad.
5. Otros procesos
Los otros procesos de fabricación de las baterías de iones de litio se muestran en las figuras 13 a 17.
【Caso 1】Proceso de fabricación de baterías cilíndricas 18650 (capacidad de 1400 mAh)
Las baterías 18650 tienen una altura de carcasa de 65 mm, una altura interna efectiva de 60 mm, un diámetro externo de 18 mm y un grosor de carcasa de acero de aproximadamente 0,25 mm.
El polo negativo del núcleo de la batería en el interior de la carcasa de acero se suelda en el fondo de la carcasa a través de las orejas del polo, y el polo positivo se suelda al casquillo mediante soldadura por láser.
Esto forma una batería con el casquillo como polo positivo y la carcasa como polo negativo.
(1) Proceso de preparación de los componentes
Por lo general, la fórmula utilizada para el cátodo es de base oleosa, con una viscosidad controlada en el rango de 6000 a 10000 mPa·s.
En cambio, el ánodo se basa generalmente en una fórmula acuosa.
Las proporciones y la preparación de las mezclas de componentes se detallan en las Tablas 1 a 4.
Tabla 1: Proporciones de la mezcla para el cátodo
Material activo del cátodo | Aglutinante | Conductivo | Disolvente |
Contenido sólido |
LiFePO4 | PVDF | S-P | NMP | |
92% | 4% | 4% | 55% | 40% -50% |
Tabla 2: Componentes de la mezcla para el cátodo
Mezcla de pasta | Rotación propia / Hz | Rotación alrededor / Hz | Tiempo / horas | Temperatura / ℃ | Vacío / MPa |
PVDF + NMP (Contenido sólido 7%) | 15 | 15 | 1 | 20 -55 |
|
1 | -0.09 – 0.1 | ||||
S-P | 15 | 15 | 0.5 | 20 -55 |
|
30 | 30 | 1.5 | 20 -55 | -0.09 – 0.1 | |
LFP+NMP | 15 | 15 | 0.5 | 20 -55 |
|
30 | 30 | 1.5 | 20 -50 | -0.09 – 0.1 | |
Contenido sólido | 45% | ||||
Tabla 3: Proporciones de la mezcla para el ánodo
Material activo del cátodo | Aglutinante | Conductivo | Disolvente |
Contenido sólido | |
Grafito (BRT-H1) | SBR | CMC | S-P | Agua desionizada | |
94.5% | 2% | 1.5% | 2% | 55% | 45% – 50% |
Tabla 4: Componentes de la mezcla para el ánodo
Mezcla de pasta | Rotación propia / Hz | Rotación alrededor / Hz | Tiempo / horas | Temperatura / ℃ | Vacío / MPa |
CMC + H₂O | 15 | 15 | 0.5 | 20 – 55 |
|
28 | 40 | 1 |
| ||
S – P | 15 | 15 | 0.5 | 20 – 55 |
|
28 | 40 | 1.5 |
| ||
C | 15 | 15 | 0.5 | 20 – 55 |
|
28 | 40 | 1.5 |
| ||
SBR + H₂O | 28 | 40 | 1 | 20 – 55 | -0.09 – 0.1 |
Contenido sólido | 46% | ||||
(2) Proceso de recubrimiento
Pase la mezcla del cátodo y del ánodo a través de un tamiz de 150 mallas. Luego, aplique uniformemente la mezcla del cátodo en el colector de corriente de aluminio y la mezcla del ánodo en el colector de corriente de cobre, dejando un área sin recubrimiento para las orejas del electrodo.
Las láminas de electrodo recubiertas se introducen en un horno de secado después del recubrimiento.
Las temperaturas de secado se indican en las Tablas 5 y 6, y se deben secar completamente según corresponda.
Tabla 5: Ajustes del horno de secado para el cátodo (Unidad: ℃)
Temperatura de la primera etapa | Temperatura de la segunda etapa | Temperatura de la tercera etapa |
80 – 100 | 90 – 110 | 80 -110 |
Tabla 6: Ajustes del horno de secado para el ánodo (Unidad: ℃)
Temperatura de la primera etapa | Temperatura de la segunda etapa | Temperatura de la tercera etapa |
80 – 100 | 90 – 110 | 80 -100 |
Los parámetros de revestimiento para el cátodo y el ánodo se muestran en las figuras 18 y 19, respectivamente.
(3) rodando
Se debe pasar la lámina del electrodo a través de una máquina de rodillos, ajustando la brecha entre los rodillos y la presión hidráulica para lograr la densidad y el espesor especificados.
Las especificaciones de fabricación se detallan en la Tabla 7.
Tabla 7: Especificaciones de fabricación de electrodos
Polaridad | Recorte/ mm | Densidad de compactación / (g·cm-3) | Laminación/ μm | Especificación del terminal del electrodo |
Ánodo | W56*1.850 | 2.20 | 133 | 80*3 |
Cátodo | W57.5*1.917 | 1.53 | 81 | 70*3 |
(4) Proceso de inyección de líquido
El proceso de inyección se diseña utilizando dos métodos de cálculo: el método del factor de espacio y el método de capacidad.
Por lo general, el cálculo basado en la capacidad es más razonable.
La cantidad de inyección puede variar según el fabricante de electrolitos, pero esto no siempre se tiene en cuenta en el diseño.
Generalmente, 1 gramo de electrolito equivale a una capacidad de 300-330 mA·h, y se pueden realizar ajustes ligeramente diferentes según el rendimiento cíclico de la batería y la capacidad del proceso.
(5) Formación y Clasificación
① Formación.
La formación de la batería tiene dos objetivos:
-Uno es activar los materiales activos dentro de la batería.
-El segundo es formar una membrana de interfaz sólida y estable en la superficie del electrodo negativo.
El proceso de formación incluye varias etapas de carga.
Por lo general, comienza con una carga a baja corriente y luego continúa con una carga a alta corriente.
Una batería es considerada apta después de la formación si no muestra expansión significativa, fugas, baja presión ni presión cero.
Tabla 8 Proceso de formación química.
Paso | Corriente / mA | Tiempo / min | Voltaje límite / mV | Corriente de terminación / mA |
1 | 28 |
| 3450 |
|
2 | 140 | 600 | 3550 | 14 |
Después de la formación, se dejan reposar a temperatura ambiente durante 2 días, y se toman al azar 5 baterías para verificar el voltaje en circuito abierto, como se muestra en la tabla 9.
Tabla 9 Datos de voltaje de circuito abierto
Número de serie | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Voltaje en circuito abierto | 3.312 | 3.326 | 3.311 | 3.315 | 3.322 |
El rango de voltaje está dentro de un rango razonable, por lo que se puede proceder a la siguiente etapa de clasificación por capacidad.
② Clasificación por capacidad.
La clasificación por capacidad de la batería se refiere a detectar el nivel de capacidad real de las baterías, debido a las pequeñas diferencias en el proceso de fabricación de las celdas, lo que hace que las capacidades reales de las baterías no sean completamente uniformes.
Después de la etapa de formación de las baterías, se pueden almacenar durante 2 días a temperatura ambiente o someterlas a un envejecimiento a 50°C durante un día antes de realizar la clasificación por capacidad.
El proceso de clasificación por capacidad se detalla en la tabla 10.
Tabla 10 Proceso de clasificación de volúmenes
Paso | Modo de operación | Corriente / mA | Tiempo / min | Voltaje límite / mV | Corriente de terminación / mA |
1 | Descarga a corriente constante | 140 | 200 | 2500 |
|
2 | Carga a corriente constante y voltaje constante | 700 | 420 | 3850 | 20 |
3 | Almacenamiento |
| 3 |
|
|
4 | Descarga a corriente constante | 700 | 150 | 2500 |
|
5 | Carga a corriente constante y voltaje constante | 700 | 200 | 3850 | 14 |
Después de la clasificación por capacidad, se procede a la selección de las baterías, separando las que cumplen con los requisitos de capacidad, voltaje y apariencia.
【Caso dos】Proceso de fabricación de baterías 383450 enrolladas (capacidad de 750 mA·h)
Materiales primarios: Material del ánodo de ternario, material del cátodo de grafito.
(1) Proceso de Preparación de los Ingredientes
El cátodo generalmente utiliza un sistema de fórmula de aceite, con una viscosidad controlada típicamente en el rango de 5000 a 7000 mPa·s.
El ánodo, por otro lado, generalmente utiliza un sistema de fórmula acuosa con una viscosidad controlada en el rango de 2000 a 3000 mPa·s.
La máquina mezcladora se muestra en la figura 22.
Las proporciones de los ingredientes de los cátodos y ánodos se encuentran en la tabla 11.
Tabla 11: Proporciones de la mezcla de las pastas para el cátodo y el ánodo
Material del cátodo | Aglutinante | Conductivo | Disolvente | Material del ánodo | Agente dispersante | Conductivo | Aglutinante | Disolvente |
LNMCO | PVDF | Super-P | NMP | Grafito | CMC | Super-P | SBR | Agua desionizada |
95% | 2% | 3% | 33% – 38% | 95% | 1.5% | 1% | 2.5% | 50% – 55% |
(2) Proceso de recubrimiento
Las pastas para el cátodo y el ánodo se tamizan a través de un tamiz de 150 mallas y se aplican uniformemente a las láminas de aluminio (para el cátodo) y las láminas de cobre (para el ánodo), dejando áreas sin recubrimiento para las pestañas.
Después de recubrir, las láminas de electrodos se introducen en un horno de secado.
Los parámetros de proceso de recubrimiento para los electrodos de cátodo y ánodo se muestran en la Figura 22, y los valores principales de los parámetros de recubrimiento de los electrodos de cátodo y ánodo se encuentran en la Tabla 12.
Consulte la Tabla 13 y la Tabla 14 para conocer las temperaturas de secado, que deben alcanzar un secado completo.
Tabla 12: Valores principales de los parámetros de recubrimiento del cátodo y el ánodo (unidad: g/m2)
Densidad de superficie a doble cara del ánodo | Densidad de superficie del aluminio | Densidad de superficie a doble cara del cátodo | Densidad de superficie del cobre |
422.6 | 40.5 | 218.6 | 88.0 |
Tabla 13: Configuración del horno de secado para el recubrimiento del cátodo (unidades: ℃)
Temperatura de la primera etapa | Temperatura de la segunda etapa | Temperatura de la tercera etapa |
80 -100 | 90 – 110 | 80 – 110 |
Tabla 14: Configuración del horno de secado para el recubrimiento del ánodo (unidades: ℃)
Temperatura de la primera etapa | Temperatura de la segunda etapa | Temperatura de la tercera etapa |
80 -100 | 90 – 110 | 80 – 100 |
(3) Proceso de laminación y corte
Los parámetros de laminación y corte para los electrodos positivos y negativos se encuentran en las Tablas 6.15 y 6.16.
El proceso de corte de los electrodos positivos y negativos se muestra en las Figuras 6.23 y 6.24.
Tabla 15: Parámetros de laminación y corte para el electrodo positivo
Ánodo | Corte / mm | Densidad de compactación / (g·cm-3) | Laminado / mm | Cantidad de cortes |
Valor | 42 | 3.40 | 0.139 | 5 |
Tolerancia | ±1 |
| ±0.003 |
Tabla 16: Parámetros de laminación y corte para el electrodo negativo
Cátodo | Corte / mm | Densidad de compactación/ (g cm-3) | Laminado / mm | Cantidad de cortes |
Valor | 43 | 1.50 | 0.156 | 5 |
Tolerancia | ±1 |
| ±0.003 |
(4) Soldadura de las pestañas y proceso de pegado
① Soldadura de las pestañas.
Una vez completados los procesos de laminado y corte de las láminas positivas y negativas, el siguiente paso es soldar las pestañas.
Actualmente, las pestañas positivas suelen estar hechas de cinta de aluminio, mientras que las pestañas negativas suelen estar hechas de cinta de níquel. Las dimensiones de la cinta de aluminio y níquel utilizadas en este diseño son de 0,1×3 mm, y las pestañas ya están equipadas con adhesivo resistente al calor.
La soldadura de las pestañas positivas se realiza con una máquina de soldadura por ultrasonidos, mientras que la soldadura de las pestañas negativas se realiza con una soldadora eléctrica.
Esto se debe a que el aluminio es un material relativamente blando y la soldadura por puntos puede dar como resultado uniones inestables o perforaciones.
Los parámetros de soldadura se muestran en las figuras 25 y 26.
Los requisitos para la soldadura de las pestañas son los siguientes:
- Durante el proceso de soldadura de las pestañas en las láminas de electrodos, no se deben hacer cortes ni arañazos en otras áreas de las láminas de electrodos.
- Después de la soldadura de las pestañas, no debe haber rebabas graves, bordes levantados ni protuberancias, y la soldadura debe ser sólida.
- Para los electrodos positivos, después de la soldadura de las pestañas, la resistencia de la soldadura debe ser superior a 15 N, y al tirar con la mano, se debe ver que el papel de aluminio se rasga. No debe haber grietas, roturas ni arrugas en el papel de aluminio en la zona de las pestañas.
- Para los electrodos negativos, después de la soldadura de las pestañas, la resistencia de la soldadura debe ser superior a 4 N, y al tirar con la mano, se debe ver que el papel de cobre se rasga. No debe haber grietas ni roturas en el papel de cobre en la zona de las pestañas.
② Pegado.
El propósito del pegado es prevenir aún más cortocircuitos después de enrollar los electrodos positivos y negativos.
Se coloca cinta aislante de alta temperatura en ubicaciones específicas de los electrodos positivos y negativos, utilizando dos tamaños de cinta: 8 mm y 15 mm respectivamente.
La ubicación del pegado se muestra en las figuras 27 y 28.
(5) Bobinado y ensamblaje
① Bobinado.
En este diseño, se utiliza una membrana fabricada en Japón por Ube, con un ancho de 45 mm. El bobinado de las celdas se realiza manualmente.
Los parámetros después del bobinado se muestran de manera ilustrativa en la Figura 29.
② Encapsulación.
El material de embalaje flexible comúnmente utilizado en la actualidad es una película de aluminio-plástico, que se compone principalmente de tres capas: una capa de nailon, una capa de aluminio y una capa de PP.
Su estructura se representa de manera esquemática en la Figura 30.
El proceso de troquelado de la lámina de aluminio y plástico se ilustra en la Figura 31, mientras que el diagrama esquemático de la parte superior sellada de la batería se presenta en la Figura 32.
Tabla 17: Puntos clave en el control del proceso de encapsulación.
Nombre | Requisitos | Impacto |
Ancho de la zona no sellada en la parte superior | （1±0.5）mm | Demasiado pequeño puede causar que el adhesivo PP se derrame, contaminando el cabezal o la batería, y existe la posibilidad de cortocircuito entre la oreja del electrodo y la lámina de aluminio y plástico. Demasiado grande puede hacer que se selle en el separador, afectando el área de sellado. |
Distancia del sellado lateral al borde superior | （1.0±0.5）mm | Demasiado pequeño puede causar que el adhesivo PP se derrame, contaminando el cabezal o la batería. Demasiado grande puede hacer que el sellado en la parte superior no se alinee correctamente. |
Distancia del sellado lateral al cuerpo del núcleo de la batería | （1.5±0.5）mm | Demasiado pequeño puede provocar problemas de aislamiento inadecuado. Demasiado grande puede afectar la capacidad de sellado efectivo después del proceso de corte. |
Tamaño expuesto CPP | （1±0.5）mm | Demasiado pequeño puede causar cortocircuitos entre la oreja del electrodo y la lámina de aluminio y plástico. Puede afectar el rendimiento del sellado. |
Paralelismo de encapsulación | Al rasgar el sello de la batería, se muestra como una línea completa de color blanco lechoso, sin el color original de la lámina de aluminio y plástico. | Puede afectar la efectividad del proceso de sellado. |
Espesor del sellado superior | 180 – 205μm | Demasiado pequeño puede causar que se derrita demasiado la capa de PP, mientras que demasiado grande puede evitar que se selle la lámina de aluminio y plástico. |
Espesor del sellado lateral | （196±15）μm |
(6) Proceso de inyección de electrolito
① Inyección de electrolito y pre sellado al vacío
Antes de la inyección de electrolito en las celdas, estas deben someterse a un secado al vacío a 85°C durante 36-48 horas.
Durante el proceso de secado al vacío, se debe mantener la abertura de la bolsa de aire hacia arriba y mantenerla abierta a cierta medida para facilitar la eliminación de la humedad interna de las celdas. De lo contrario, las celdas pueden hincharse significativamente después de la inyección de electrolito.
Después de completar el secado al vacío, las celdas se colocan en una caja de guantes para la inyección manual de electrolito.
Una vez que se completa la inyección, las celdas se someten a un vacío (-65 kPa) con el fin de permitir que el electrolito penetre inmediatamente en el núcleo de la celda y evitar que se derrame durante el pre sellado.
Finalmente, las celdas se pre sellan (a un vacío de -80 kPa y una temperatura de 170°C).
Consulta la tabla 18 para los parámetros del proceso de inyección.
Tabla 18 – Parámetros del Proceso de Inyección de Electrolito
Tiempo de horneado / h | temperatura de horneado / ℃ | nivel de vacío / Mpa | tipo de electrolito | cantidad de inyección / g |
36 – 48 | 85 | -0.08 – 0.09 | TC-261R | 1.95±0.1 |
② Proceso de Calentamiento y Enfriamiento
Después de la inyección del electrolito en la batería, es necesario dejarla reposar a temperatura ambiente durante 12-20 horas.
Durante este reposo, el extremo del paquete de batería debe estar orientado hacia arriba para permitir que el electrolito se impregne completamente en las láminas del electrodo.
Después del reposo, se lleva a cabo el proceso de calentamiento y enfriamiento (también conocido como envejecimiento). El propósito de este proceso es que la apariencia externa de la batería sea más uniforme y compacta. El calentamiento y enfriamiento reduce la distancia de contacto entre los electrodos positivos y negativos, lo que a su vez disminuye la resistencia interna de la batería y acorta el camino de conducción del litio (Li*).
Los parámetros del proceso de calentamiento y enfriamiento se detallan en la Tabla 19.
Tabla 19 – Parámetros del Proceso de Calentamiento y Enfriamiento
Prensado en caliente | Prensado en frío | ||||
Presión / Mpa | Temperatura / ℃ | Tiempo / s | Presión / Mpa | Temperatura / ℃ | Tiempo / s |
0.14 ± 0.02 | 80 ± 5 | 40 | 0.14 ± 0.02 | 25 ± 5 | 40 |
Consideraciones Importantes:
Aplicar una presión excesiva durante el proceso de calentamiento y enfriamiento puede provocar arrugas en las esquinas de las láminas del electrodo, lo que aumentaría la resistencia interna de la batería.
En casos graves, podría causar la rotura de las láminas de los electrodos positivos y negativos, lo que resultaría en una interrupción del circuito.
Por otro lado, una presión insuficiente no permitirá darle forma eficaz a la batería.
(7) Formación y Clasificación
① Formación.
Los parámetros del proceso de formación diseñados se encuentran en la tabla 20.
Paso | Nombre | Tiempo/ min | Corriente/ mA | Voltage de terminación/ mV | Corriente de terminación / mA |
1 | Hasta que la corriente sea constante | 10 | 15 | 3000 |
|
2 | Carga a corriente constante y voltaje constante | 1300 | 37.5 | 3950 | 8 |
② Segundo sellado y corte de bordes
Después de la formación de las baterías, es necesario realizar un segundo ciclo de envejecimiento (es decir, calentamiento y enfriamiento). El propósito de esto es remodelar las baterías nuevamente para hacerlas más compactas y evitar que se vuelvan blandas. Además, es crucial para estabilizar la película de interfaz sólida formada durante el proceso de formación.
El segundo sellado implica la extracción de gases generados durante la formación de las baterías, seguido por el sellado en el lado derecho del cuerpo principal de la batería y, finalmente, el proceso de corte de los bordes.
Si las baterías envejecen por mucho tiempo después del segundo ciclo de envejecimiento sin el sellado adecuado, puede llevar a una disminución en la capacidad de clasificación de las baterías, lo que podría causar corrosión de los electrolitos y ablandamiento de las baterías, entre otros problemas.
Los parámetros del proceso se detallan en la tabla 21.
Tabla 21 Parámetros del Proceso de Segundo Sellado y Corte de Bordes
Segundo sellado | Corte del borde | |||||
Temperatura de sellado / ℃ | Vacío / kPa | Grosor del encapsulado/ μm | área no sellada / mm | Cantidad de residuos / g | Ancho del corte del borde / mm | Ancho del adhesivo fundido del corte del borde / mm |
170 | -85 | 196±15 | 1 | 1.31 | 3.5-32 | ≥1.5 |
③ Separación por Capacidad
La función del proceso de separación por capacidad incluye:
- Clasificar y emparejar las baterías según las tensiones y capacidades requeridas.
- Permitir que los electrodos se impregnen completamente de electrolito mediante ciclos de carga y descarga.
- Activar completamente las baterías mediante ciclos de carga y descarga para mejorar su estabilidad y rendimiento.
Los parámetros del proceso de separación por capacidad utilizados en este diseño se encuentran en la Tabla 22.
Tabla 22: Parámetros del Proceso de Clasificación por Capacidad
Paso | Nombre | Corriente / mA | Tiempo / min | Voltaje límite superior / mV | Corriente de terminación / mA |
1 | Descarga a corriente constante | 375 | 90 | 3000 |
|
2 | Descarga a corriente constante y voltaje constante | 150 | 420 | 4200 | 8 |
3 | Almacenamiento |
| 10 |
|
|
4 | Descarga a corriente constante | 375 | 150 | 3000 | 4 |
5 | Carga a corriente constante y voltaje constante | 375 | 200 | 3950 |
