Les 10 étapes du processus de production des batteries au lithium
Production de batteries pour véhicules électriques
De la fabrication d'électrodes à l'assemblage et à la finition des cellules.
1. Mélange des matériaux
La fabrication de la boue est la première étape de la production des batteries. Les matériaux sont mesurés, ajoutés et mélangés.
Les matériaux actifs sont combinés avec un liant, un solvant, des additifs conducteurs, etc. Comme une machine à pétrir la farine, le broyeur planétaire à boulets mélange les matériaux actifs. Pour s'assurer que les particules des matériaux actifs mélangées adhèrent bien les unes aux autres, nous avons besoin d'un matériau capable de les lier.
Des liants sont ajoutés pour améliorer l'adhérence entre les particules des matériaux actifs des électrodes. Ils sont choisis en fonction de leurs propriétés stables qui doivent permettre de maintenir une bonne adhérence lorsqu'ils sont en contact avec des électrolytes ou lors de réactions d'oxydoréduction au niveau des électrodes.
2. Revêtement et séchage
Durant le procédé de revêtement, un applicateur de revêtement (une machine de revêtement) recouvre les feuilles d'aluminium et de cuivre de couches de boue de cathode et d'anode, respectivement. Il s'agit d'une étape importante qui détermine de nombreux paramètres de conception des cellules, tels que des performances uniformes et une plus longue durée de vie de la batterie.
Afin d'éviter d'endommager les collecteurs de courant en aluminium et en cuivre (ou les feuilles) lors du revêtement des électrodes, il est essentiel de contrôler la machine Roll-to-Roll et d'obtenir un revêtement uniforme.
Après le revêtement, ces couches humides doivent être complètement séchées avant de pouvoir passer à la phase suivante. Ce processus de séchage par chauffage ou de séchage sous vide prend jusqu'à 48 % de l'ensemble du procédé de fabrication des batteries.
3. Compression
La phase de compression à rouleaux permet de compresser une nouvelle fois la feuille d'électrode une fois qu'elle est sèche et revêtue afin d'augmenter la densité énergétique de la batterie. Une densité de compression appropriée peut augmenter la capacité de la batterie, réduire la résistance interne, réduire la perte de polarisation et prolonger la durée de vie de la batterie.
La planéité de la feuille d'électrodes après le calandrage aura une incidence directe sur l'effet du processus de découpe. L'uniformité du matériau actif sur la feuille d'électrodes affecte également les performances de la cellule de batterie.
4. Fente et encoche
L'électrode aplatie lors du processus de compression fait encore cent mètres de long.
- Lors de la phase de découpe, l'électrode de batterie est coupée à la taille de batterie appropriée. Le processus en deux étapes consiste à couper d'abord l'électrode verticalement (fente), puis à réaliser une encoche en V et des languettes pour former des bornes positives et négatives (encoche).
- Lors de la formation des encoches, les pièces non revêtues, où les matériaux actifs de la cathode et de l'anode ne sont pas appliqués, sont retirées à l'aide de dispositifs à encoche, dévoilant les coins où les languettes seront mises à la terre.
5. Empilage et enroulement
Dans le processus d'assemblage, la méthode d'empilage des plaques et l'ordre d'injection et d'application de l'étanchéité de l'électrolyte varient en fonction de la forme de la batterie.
Méthode d'empilage des plaques : empilage (batterie à poche), enroulement (batterie cylindrique).
- La méthode d'enroulement est similaire à la méthode de fabrication des rouleaux de papier. Elle présente l'avantage de pouvoir accélérer le processus, tout comme il est possible d'enrouler rapidement le papier toilette autour de son rouleau.
- D'autre part, la méthode d'empilage implique d'empiler des cellules de batterie une par une. Elle nécessite une technologie plus avancée que la méthode d'enroulement, mais a l'avantage d'être moins déformée entre les cellules et d'augmenter la densité énergétique sans espace vide dans les cellules de batterie.
6 et 7. Remplissage et formation
Batterie à poche : lorsque des ingrédients de batterie fabriqués à partir de méthodes de laminage et d'empilage sont placés dans la poche d'électrode, l'électrolyte est injecté dans la poche d'air jusqu'aux pores de la poche d'électrode. Ce procédé crée du gaz dans la poche d'air, qui sera éliminé ultérieurement par dégazage.
Batterie cylindrique : un état de vide est créé à l'intérieur du boîtier et la quantité requise d'électrolyte y est injectée à l'aide d'une buse. Le boîtier est compressé pour permettre à l'électrolyte de remplir les pores de l'électrode. Lorsque ce procédé est terminé, la dernière étape consiste à sertir le capuchon supérieur et le boîtier.
8. Vieillissement et charge
Les batteries sont stockées à température ambiante afin que l'électrolyte injecté pendant le processus d'assemblage puisse bien pénétrer dans les électrodes positive et négative de la batterie. L'électrolyte est réparti uniformément à l'intérieur de la batterie pour assurer un mouvement régulier des ions entre l'anode et la cathode.
En même temps, les batteries sont chargées et déchargées en continu pour créer une batterie stable. Cela constitue la méthode de contrôle qualité parfaite.
Le processus de stockage des batteries à une température et une humidité spécifiques, suivi de cycles de charge et de décharge, est appelé vieillissement.
9. Dégazage
Pendant le vieillissement et la charge, du gaz est généré à l'intérieur de la batterie. Le gaz est éliminé par le processus de dégazage. Après le dégazage, le vieillissement et la charge sont répétés deux fois de plus pour tester la capacité de charge et repérer les batteries défectueuses.
10. Assemblage des batteries
Ce processus consiste à prendre les cellules de batterie fabriquées individuellement et à les placer dans des blocs batterie modulaires avant la livraison finale aux constructeurs automobiles.