Los 10 pasos del proceso de producción de baterías de litio
Producción de baterías para coches eléctricos
De la fabricación de electrodos al montaje y acabado de las celdas.
1. Mezcla de materiales
En la producción de baterías, el primer paso consiste en elaborar una pasta. Para ello, es necesario medir, añadir y mezclar los materiales.
Los materiales activos se combinan con aglutinantes, disolventes, aditivos conductores, etc. Al igual que haría una amasadora de harina, el molino planetario de bolas mezcla los materiales activos. Para que las partículas de los materiales activos mezclados se adhieran bien entre sí, es necesario utilizar un material que las mantenga unidas.
Los aglutinantes se añaden para mejorar la adhesión entre las partículas de los materiales activos de los electrodos y deben tener propiedades estables que permitan mantener una buena adhesión cuando entren en contacto con los electrolitos o durante las reacciones de oxidación-reducción en los electrodos.
2. Recubrimiento y secado
En el proceso de recubrimiento se utiliza una máquina de recubrimiento para recubrir láminas de aluminio y cobre con las capas de pasta del cátodo y el ánodo, respectivamente. Se trata de un paso importante que determina numerosos parámetros de diseño de las celdas, como el rendimiento uniforme y la mayor duración de la batería.
Para evitar dañar los colectores de corriente (o láminas) de aluminio y cobre al recubrir los electrodos, es fundamental controlar la máquina de recubrimiento de rollo a rollo y recubrir los electrodos de manera uniforme y homogénea.
Tras realizar el recubrimiento, estas capas húmedas deben secarse completamente antes de estar listas para el siguiente paso. Este proceso de secado por calentamiento o vacío supone hasta el 48 % de todo el proceso de fabricación de las baterías.
3. Prensado
El prensado con rodillos comprime de nuevo la lámina de electrodos seca y recubierta para aumentar la densidad de energía de la batería. Una densidad compacta adecuada puede aumentar la capacidad de la batería, reducir la resistencia interna y la pérdida de polarización, y prolongar la vida útil de la batería.
La planicidad de la lámina de electrodos tras el calandrado repercutirá directamente en el resultado del procesamiento del proceso de corte. La uniformidad del material activo en la lámina de electrodos también afectará al rendimiento de la celda de la batería.
4. Corte y muescado
El electrodo aplanado en el proceso de prensado tiene todavía una longitud de cientos de metros.
- Durante el corte, el electrodo de la batería se corta al tamaño adecuado para la batería. Este proceso consta de dos pasos; primero, se corta verticalmente el electrodo (corte) y, a continuación, se realiza una muesca en forma de V y unas lengüetas para formar los terminales positivo y negativo (muescado).
- En el muescado, las piezas sin recubrimiento en las que no se utilizan materiales activos del cátodo y el ánodo se cortan con dispositivos de muescado, y se dejan las esquinas en las que se conectarán a tierra las lengüetas.
5. Apilado y devanado
En el proceso de montaje, el método de apilado de las placas y el orden de inyección y de sellado del electrolito difieren en función de la forma de la batería.
Método de apilado de las placas: apilado (de bolsa) y devanado (cilíndrico).
- El método de devanado es similar al de fabricación de los rollos de papel. Este método tiene la ventaja de que el proceso es rápido, al igual que se puede enrollar rápidamente el papel higiénico en un rollo de papel.
- Por otro lado, el apilado es un método que consiste en apilar las celdas de la batería una por una. Requiere una tecnología más avanzada que el método de devanado, pero tiene la ventaja de que se producen menos deformaciones entre las celdas y de que aumenta la densidad de energía sin dejar espacios vacíos en las celdas de la batería.
6 y 7. Llenado y formación
Bolsa: Cuando los componentes de la batería fabricados mediante métodos de laminación y apilado se colocan en la bolsa del electrodo, el electrolito se inyecta en la bolsa de aire y alcanza los poros de la bolsa del electrodo. Este proceso crea gas en la bolsa de aire, que se elimina posteriormente mediante desgasificación.
Cilíndrico: Se crea un estado de vacío dentro de la lata y se inyecta la cantidad necesaria de electrolito a través de una boquilla. La lata se presiona para permitir que el electrolito llene los poros del electrodo. Una vez finalizado este proceso, el último paso consiste en prensar la tapa superior y la lata.
8. Envejecimiento y carga
Las baterías se almacenan a temperatura ambiente para que el electrolito inyectado durante el proceso de montaje pueda penetrar correctamente en los electrodos positivo y negativo de la batería. El electrolito se distribuye uniformemente dentro de la batería para garantizar un movimiento uniforme de los iones entre el ánodo y el cátodo.
Al mismo tiempo, las baterías se cargan y descargan continuamente para que sean estables, lo que constituye el método de control de calidad perfecto.
El proceso de almacenamiento de las baterías a una temperatura y humedad determinadas y el proceso de carga y descarga se denomina envejecimiento.
9. Desgasificación
Durante el envejecimiento y la carga, se genera gas dentro de la batería. El gas se elimina mediante el proceso de desgasificación. Tras este, el envejecimiento y la carga se repiten dos veces más para comprobar la capacidad de carga y detectar baterías defectuosas.
10. Montaje de la batería
Este proceso consiste en colocar las distintas celdas fabricadas en baterías modulares antes de la entrega final a los fabricantes de los vehículos.