Como fabricar células de bateria soft-pack?

Uma célula é a menor unidade de umsistema de bateria. Múltiplas células formam um módulo e vários módulos formam uma bateria, constituindo a estrutura básica das baterias automotivas.

O processo de produção de células inclui:

(1) Preparação de Pasta de Material Ativo — Processo de Mistura

A mistura envolve a mistura de materiais ativos (fosfato de ferro-lítio para o cátodo, grafite para o ânodo) em uma pasta usando um misturador a vácuo. Este é o primeiro passo na produção de baterias. O controle de qualidade desse processo impacta diretamente na qualidade da bateria e no rendimento do produto acabado. Envolve um fluxo de trabalho complexo com requisitos rigorosos para proporções de matéria-prima, etapas de mistura, duração da agitação e muito mais.

(2) Revestimento da pasta agitada em folha de cobre — Processo de Revestimento

Este processo envolve revestir uniformemente a pasta pré-misturada em ambos os lados da folha de cobre.

O foco crítico do revestimento é alcançar espessura e peso consistentes.

O revestimento é fundamental para garantir espessura e peso uniformes do eletrodo, pois desvios comprometem a consistência da bateria. Também deve evitar a contaminação por partículas, detritos ou poeira nos eletrodos. Essa contaminação pode causar descarga acelerada da bateria e até representar riscos à segurança.

(3) Prensagem a frio e pré-corte: Consolidação do material anódico em folha de cobre

Na oficina de laminação, os rolos comprimem as folhas dos eletrodos revestidas com materiais anódicos e catódicos. Este processo densifica o revestimento para aumentar a densidade de energia e garantir a uniformidade da espessura, ao mesmo tempo que controla ainda mais a poeira e a umidade.

A prensagem a frio compacta os materiais dos eletrodos positivos e negativos na folha de alumínio, o que é crucial para aumentar a densidade de energia.

As folhas de eletrodo prensadas a frio são então cortadas nas dimensões exigidas da bateria, com controle rigoroso sobre a formação de rebarbas (visíveis apenas ao microscópio). Isto evita que rebarbas perfurem o separador, o que poderia criar sérios riscos à segurança.

(4) Criação das abas positivas e negativas da bateria - corte e vinco de abas

O processo de corte e vinco de abas usa uma máquina de corte e vinco para formar as abas condutoras para a célula. Como as baterias possuem pólos positivos e negativos, essas abas servem como condutores metálicos que conectam os eletrodos da célula. Simplificando, são as “orelhas” dos terminais da bateria, atuando como pontos de contato durante a carga e descarga.

O processo de corte subsequente utiliza lâminas de corte para dividir as folhas dos eletrodos da bateria.

(5) Completando o Protótipo Celular – Processo de Laminação

As folhas de eletrodos de fenda são empilhadas na sequência: eletrodo negativo, separador, eletrodo positivo, separador, eletrodo negativo, separador, eletrodo positivo... eletrodo positivo, separador, eletrodo negativo. Este processo é chamado de empilhamento e as folhas de eletrodos montadas são chamadas de células.

(6) Soldagem de abas

Este é o segundo processo na fabricação de células. Usando equipamento de soldagem especializado, as abas são soldadas à célula empilhada.

(7) Encapsulamento

Este é o terceiro passo na preparação celular. A célula é envolta em filme plástico de alumínio.

(8) Remoção de umidade e injeção de eletrólito - cozimento e enchimento de eletrólito

A umidade é o arquiinimigo dos sistemas de bateria. O processo de cozimento garante que os níveis de umidade interna atendam aos padrões, garantindo desempenho ideal durante todo o ciclo de vida da bateria.

O preenchimento eletrolítico é a quarta etapa na preparação celular. O eletrólito é injetado na célula encapsulada através de uma porta de enchimento reservada, formando uma célula semiacabada. O eletrólito atua como o sangue fluindo pelo corpo da célula, onde a troca de energia ocorre por meio da transferência de íons carregados. Esses íons são transportados do eletrólito para o eletrodo oposto, completando o processo de carga e descarga. O volume de eletrólito injetado é crítico. O enchimento excessivo pode causar superaquecimento da bateria ou falha imediata, enquanto o enchimento insuficiente compromete o ciclo de vida da bateria.

(9) Processo de Ativação Celular – Formação

A formação é o processo de ativação das células após o preenchimento eletrolítico. Através de repetidas cargas e descargas, reações químicas ocorrem internamente para formar o filme SEI (filme SEI: uma camada de passivação formada durante o primeiro ciclo de uma bateria de lítio quando o eletrólito reage com o material do ânodo na interface sólido-líquido, semelhante à aplicação de um revestimento protetor à célula). Isso garante a segurança, a confiabilidade e o longo ciclo de vida da célula durante os ciclos subsequentes de carga e descarga. A ativação do desempenho da célula também envolve uma série de “verificações de integridade”, incluindo inspeção por raios X, monitoramento de isolamento, inspeção de solda e testes de capacidade.

O processo de formação inclui ainda:

- Segundo enchimento eletrolítico após ativação celular

- Pesagem

- Soldagem de portas de enchimento

- Teste de vazamento

- Teste de autodescarga

- Envelhecimento em alta temperatura

- Envelhecimento estático

Essas etapas garantem o desempenho do produto.

(10) Classificação de capacidade

Devido a variações de fabricação, as células da bateria não podem atingir capacidades idênticas. A classificação de capacidade envolve o agrupamento de células por capacidade por meio de testes específicos de carga e descarga.

(11) Inspeção e Embalagem para Armazenamento