Bagaimana bateri dibuat?

Struktur dan prinsip operasi bateri

Bateri menghasilkan tenaga elektrik walaupun tindak balas kimia berlaku di dalam sel. Kunci untuk menjalankan tindak balas itu ialah pergerakan elektron. Elektron ialah zarah bercas negatif yang menjana elektrik semasa bergerak. Aliran ini boleh dilakukan dengan menggunakan dua logam berbeza yang bertindak sebagai konduktor. Pendawaian logam bersama-sama memulakan gerakan elektron di antara mereka, yang disebabkan oleh elektron ditarik oleh logam yang dirujuk sebagai katod dan anod. Elektron akan sentiasa ditarik lebih kuat oleh katod. Logam di dalam bateri disambungkan oleh bahan yang mampu menghantar elektron, dipanggil elektrolit. Kenderaan elektrik menggunakan bateri yang dibina daripada sel yang saling bersambung. Sistem kuasa yang digunakan adalah berbeza antara satu sama lain terutamanya oleh hayat berguna, komposisi kimia dan beratnya. Pasaran bateri kenderaan elektrik berubah secara dinamik. Pada masa ini, bateri litium-ion adalah antara jenis yang paling popular. Pengeluaran mereka adalah kompleks dan memerlukan kualiti terbaik pada setiap peringkat. Bateri litium-ion yang paling popular ialah yang selnya berasaskan logam seperti nikel, kobalt atau mangan. Jenis bateri litium-ion yang paling biasa dipilih untuk kenderaan elektrik termasuk bateri litium-nikel-kobalt-mangan (NMC). Bateri litium-mangan (LMO), litium-besi-fosfat (LFP) dan litium-nikel-kobalt-aluminium (NCA) adalah lebih rendah minatnya.

Bagaimanakah bateri dibuat?

Pembuatan litium-ion dan sel lain dicirikan oleh kerumitannya dan tahap automasi yang tinggi. Pengeluaran bateri bergantung pada jenisnya, tetapi peringkat dan proses utama adalah serupa. Secara ringkasnya, keseluruhan proses pembuatan boleh dibahagikan kepada tiga "blok" utama:

1. Pengeluaran elektrod

Tidak kira format dan bentuk bateri yang dihasilkan, langkah pertama ialah membuat elektrod. Pada peringkat ini, adalah penting untuk mengelakkan pencemaran silang antara bahan yang berbeza, jadi dalam praktiknya terdapat garis berasingan untuk menghasilkan katod dan garis berasingan untuk anod. Anod dihasilkan daripada kerajang kuprum yang ditutup dengan grafit, manakala katod diperbuat daripada kerajang aluminium yang disalut dengan logam terpilih. Fasa pengeluaran yang paling penting termasuk:

• Pencampuran, yang terdiri daripada menghasilkan apa yang dipanggil suspensi iaitu campuran serbuk (bahan aktif) dengan pelarut, dan bahan kimia lain yang bertindak sebagai pengikat.
• Salutan dan pengeringan: suspensi sedia dipam ke dalam kawasan salutan, di mana ia digunakan pada kerajang logam. Kerajang kemudiannya dihantar ke dapur pengeringan, di mana pelarut tersejat dan bahan aktif sedang dilekatkan pada kerajang.
• Kalender – proses penamat gulungan bersalut. Mereka bergerak di antara dua elemen yang dipanaskan yang memberikan pemampatan yang sesuai bagi bahan dengan menekan gulungan terhadap kerajang dan dengan itu mengekalkan ketebalan dan ketumpatan yang stabil serta lekatan yang lebih baik.
• Memotong – kerajang logam berjalan melalui sistem pisau yang memotongnya kepada banyak kepingan yang lebih kecil yang saiznya sesuai dengan elektrod yang akan dihasilkan.

2. Pemasangan sel

Pemasangan sel memerlukan persekitaran yang kering untuk mengelakkan pembentukan lembapan yang boleh menyebabkan degradasi dan penurunan ketara dalam kecekapan elektrod. Pada peringkat ini, elektrod dipotong dan diletakkan di dalam selongsong. Pemasangan sel merangkumi langkah-langkah berikut:

• Memotong – elektrod segi empat tepat dihasilkan semasa proses pemotongan. Pemotongan dilakukan secara mekanikal atau dengan laser.
• Menyusun – dalam selongsong bateri, elektrod disusun secara berselang-seli: anod, pemisah, katod. Cara yang paling popular adalah stok.
• Pemasangan – elektrod yang disusun dengan betul disambungkan dan dipasang pada pengapit utama dengan mengimpal. Sel yang dihasilkan dengan elektrod diletakkan dalam bahan pembungkusan dan dimeterai, meninggalkan tepi terbuka untuk diisi dengan elektrolit.

3. Pembentukan dan kawalan kualiti

Kemudian bateri yang dipasang melalui fasa penyaman udara. Ini selalunya merupakan saat kritikal pengeluaran, kerana sel dicas buat kali pertama dan menjalani pelbagai ujian untuk membuktikan kualiti dan kecekapannya. Peringkat akhir membentuk bateri termasuk pra-pengecasan, penyahgasan dan penuaan pada suhu tinggi. Apabila fasa terakhir itu selesai, peranti sedia untuk digunakan dalam aplikasi yang berbeza. Kenderaan elektrik dikuasakan oleh bateri litium-ion. Ia adalah antara jenis bateri yang paling popular, terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa ia membenarkan pemanduan lebih banyak batu pada satu cas berbanding jenis bateri lain. Proses pembuatan mereka sangat serupa dengan bateri litium yang paling biasa. Ciri ciri bateri kereta elektrik ialah ia membentuk sambungan siri beberapa sel litium-ion yang membentuk modul yang dipanggil. Setiap modul bateri mengandungi beberapa hingga lebih daripada sepuluh sel yang disambungkan secara bersiri. Kemudian modul dikimpal bersama untuk membentuk pek bateri yang menjalani kawalan kualiti.

Bahan mentah untuk pengeluaran bateri

Sistem penyimpanan tenaga yang paling popular termasuk bateri litium-ion. Pengeluaran sel-sel ini adalah kompleks dan memerlukan kualiti terbaik pada setiap peringkat. Isu penting ialah memilih bahan mentah sedemikian untuk pengeluaran yang bateri siap dapat memenuhi sepenuhnya permintaan pasaran dan keperluan pengguna.

logam

Bahan mentah yang paling penting untuk pengeluaran bateri termasuk logam, terutamanya litium, kadmium, nikel, besi, zink dan mangan. Yang terakhir adalah bahan yang paling popular digunakan untuk menghasilkan bateri litium-ion. Elemen lain yang digunakan untuk pengeluaran bateri ialah magnesium dan aluminium (sebagai elektrod), kerana potensi standard yang tinggi dan setara elektrokimia. Manfaat tambahan ialah harga yang agak rendah dan ketersediaan yang tinggi. Ini menjadikan mereka pengganti ideal untuk elektrod popular yang diperbuat daripada zink. Logam lain yang digunakan dalam bateri ialah perak, yang membolehkan untuk menghasilkan sel selamat dengan ketumpatan tenaga yang tinggi. Selain itu, penggunaan perak memungkinkan untuk mencapai voltan bateri yang lebih tinggi berbanding dengan kadmium, contohnya.

Oksida logam

Elektrod dalam bateri (katod dan anod) bukan sahaja diperbuat daripada logam. Oksida logam, seperti mangan (IV) oksida atau zink oksida, juga digunakan. Bahan aktif dalam bateri litium-ion biasanya litium, yang paling biasa berlaku dalam bentuk oksida yang digabungkan dengan logam seperti kobalt, mangan, nikel, vanadium atau besi.

Elektrolit

Elektrolit ialah komponen utama bateri litium-ion yang membolehkan aliran bebas elektron antara elektrod. Elektrolit pada dasarnya adalah larutan atau larutan akueus dalam bahan organik, yang dihasilkan dengan melarutkan satu atau lebih jenis garam, contohnya ammonium klorida, zink klorida atau magnesium perklorat. Dalam bateri alkali, kalium hidroksida digunakan sebagai elektrolit. Vinilena karbonat juga biasanya dipilih untuk menghasilkan elektrolit untuk bateri litium-ion. Ia amat penting untuk sektor bateri dan penumpuk yang berkembang secara dinamik. Vinylena karbonat ketulenan tinggi (minimum 99.99%) tersedia dalam rangkaian produk luas Kumpulan PCC , yang merupakan salah satu pengeluar dan pembekal bahan kimia dan bahan mentah terkemuka untuk mana-mana industri.

grafit

Grafit atau karbon serbuk adalah bahan mentah utama untuk pengeluaran elektrod. Struktur sesetengah bateri termasuk bar grafit yang "mengumpul" elektron yang mengalir masuk dari litar dan mengedarkannya merentasi katod. Selain itu, struktur grafit memudahkan pengekstrakan gas yang dihasilkan semasa tindak balas elektrokimia.

plastik

Plastik , seperti polietilena atau polipropilena , adalah bahan terbaik yang digunakan dalam pengeluaran pemisah bateri. Mereka memisahkan katod daripada anod. Plastik juga digunakan untuk membuat salutan dan selongsong untuk bateri.