Wie stellt man Softpack-Batteriezellen her?

Eine Zelle ist die kleinste Einheit von aBatteriesystem. Mehrere Zellen bilden ein Modul und mehrere Module bilden einen Batteriesatz, der die Grundstruktur von Automobilbatterien bildet.

Der Zellproduktionsprozess umfasst:

(1) Vorbereitung der Aktivmaterialaufschlämmung – Mischprozess

Beim Mischen werden aktive Materialien (Lithiumeisenphosphat für die Kathode, Graphit für die Anode) mit einem Vakuummischer zu einer Aufschlämmung vermischt. Dies ist der erste Schritt in der Batterieproduktion. Die Qualitätskontrolle dieses Prozesses wirkt sich direkt auf die Batteriequalität und die Ausbeute des Endprodukts aus. Dabei handelt es sich um einen komplexen Arbeitsablauf mit strengen Anforderungen an Rohstoffverhältnisse, Mischschritte, Rührdauer und mehr.

(2) Auftragen der gerührten Aufschlämmung auf Kupferfolie – Beschichtungsprozess

Bei diesem Verfahren wird die vorgemischte Aufschlämmung gleichmäßig auf beide Seiten einer Kupferfolie aufgetragen.

Der entscheidende Schwerpunkt der Beschichtung liegt auf der Erzielung einer gleichmäßigen Dicke und eines gleichmäßigen Gewichts.

Die Beschichtung ist von größter Bedeutung, um eine gleichmäßige Elektrodendicke und ein gleichmäßiges Gewicht zu gewährleisten, da Abweichungen die Batteriekonsistenz beeinträchtigen. Außerdem muss verhindert werden, dass die Elektroden durch Partikel, Schmutz oder Staub verunreinigt werden. Eine solche Verschmutzung kann zu einer beschleunigten Batterieentladung führen und sogar ein Sicherheitsrisiko darstellen.

(3) Kaltpressen und Vorschneiden: Konsolidieren des Anodenmaterials auf Kupferfolie

In der Walzwerkstatt verdichten Walzen die mit Anoden- und Kathodenmaterialien beschichteten Elektrodenbleche. Dieser Prozess verdichtet die Beschichtung, um die Energiedichte zu erhöhen und eine gleichmäßige Dicke zu gewährleisten, während gleichzeitig Staub und Feuchtigkeit weiter kontrolliert werden.

Durch Kaltpressen werden die positiven und negativen Elektrodenmaterialien auf der Aluminiumfolie verdichtet, was für die Verbesserung der Energiedichte von entscheidender Bedeutung ist.

Anschließend werden die kaltgepressten Elektrodenbleche auf die erforderlichen Batterieabmessungen zugeschnitten, wobei die Gratbildung (nur unter dem Mikroskop sichtbar) streng kontrolliert wird. Dadurch wird verhindert, dass Grate den Separator durchdringen, was zu ernsthaften Sicherheitsrisiken führen könnte.

(4) Erstellen der positiven und negativen Laschen der Batterie – Laschenstanzen und Schlitzen

Beim Laschenstanzverfahren werden die leitfähigen Laschen für die Zelle mithilfe einer Stanzmaschine geformt. Da Batterien positive und negative Pole haben, dienen diese Laschen als Metallleiter, die die Elektroden der Zelle verbinden. Einfach ausgedrückt sind sie die „Ohren“ der Batteriepole und dienen als Kontaktpunkte beim Laden und Entladen.

Beim anschließenden Schlitzprozess werden die Batterieelektrodenbleche mithilfe von Schneidmessern geteilt.

(5) Fertigstellung des Zellprototyps – Laminierungsprozess

Die Schlitzelektrodenblätter werden in der Reihenfolge gestapelt: negative Elektrode, Separator, positive Elektrode, Separator, negative Elektrode, Separator, positive Elektrode ... positive Elektrode, Separator, negative Elektrode. Dieser Vorgang wird Stapeln genannt und die zusammengesetzten Elektrodenblätter werden als Zelle bezeichnet.

(6) Laschenschweißen

Dies ist der zweite Prozess bei der Zellherstellung. Mit speziellen Schweißgeräten werden Laschen an die Stapelzelle geschweißt.

(7) Kapselung

Dies ist der dritte Schritt der Zellvorbereitung. Die Zelle ist in Aluminium-Kunststofffolie eingewickelt.

(8) Feuchtigkeitsentfernung und Elektrolytinjektion – Backen und Elektrolytfüllung

Feuchtigkeit ist der Erzfeind von Batteriesystemen. Der Backprozess stellt sicher, dass der Feuchtigkeitsgehalt im Inneren den Standards entspricht, und garantiert so eine optimale Leistung während des gesamten Lebenszyklus der Batterie.

Die Elektrolytbefüllung ist der vierte Schritt der Zellvorbereitung. Durch eine reservierte Einfüllöffnung wird Elektrolyt in die gekapselte Zelle eingespritzt, wodurch eine halbfertige Zelle entsteht. Elektrolyt wirkt wie Blut, das durch den Zellkörper fließt, wo der Energieaustausch durch die Übertragung geladener Ionen erfolgt. Diese Ionen werden vom Elektrolyten zur gegenüberliegenden Elektrode transportiert und vervollständigen so den Lade- und Entladevorgang. Die Menge des eingespritzten Elektrolyten ist entscheidend. Eine übermäßige Füllung kann zu einer Überhitzung oder einem sofortigen Ausfall der Batterie führen, während eine unzureichende Füllung die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt.

(9) Zellaktivierungsprozess – Bildung

Bildung ist der Prozess der Aktivierung von Zellen nach dem Einfüllen des Elektrolyten. Durch wiederholtes Laden und Entladen kommt es im Inneren zu chemischen Reaktionen, die zur Bildung des SEI-Films führen (SEI-Film: eine Passivierungsschicht, die während des ersten Zyklus einer Lithiumbatterie gebildet wird, wenn der Elektrolyt mit dem Anodenmaterial an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche reagiert, ähnlich dem Aufbringen einer Schutzschicht auf die Zelle). Dies gewährleistet die Sicherheit, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer der Zelle bei nachfolgenden Lade- und Entladezyklen. Die Aktivierung der Zellleistung umfasst auch eine Reihe von „Gesundheitsprüfungen“, darunter Röntgenprüfung, Isolationsüberwachung, Schweißnahtprüfung und Kapazitätsprüfung.

Der Gründungsprozess umfasst außerdem:

- Zweite Elektrolytbefüllung nach Zellaktivierung

- Wiegen

- Schweißen von Einfüllstutzen

- Dichtheitsprüfung

- Selbstentladungstest

- Hochtemperaturalterung

- Statische Alterung

Diese Schritte stellen die Produktleistung sicher.

(10) Kapazitätssortierung

Aufgrund von Fertigungsunterschieden können Batteriezellen nicht identische Kapazitäten erreichen. Bei der Kapazitätssortierung werden Zellen anhand spezifischer Lade-Entlade-Tests nach Kapazität gruppiert.

(11) Inspektion und Verpackung zur Lagerung