我们制造锂离子汽车电池

2020-04-13 07:33:55来源：[db:来源]

这样的机会并不经常出现。在这里，Autocar有机会从头开始构建自己的锂离子电动汽车电池单元，以查看由于其内容物易燃而通常保持关闭状态的设备内部工作原理，并听取英国专家的“工作原理”解释电动汽车电池的首要教授。

在英国，只有少数几个地方的电池是用原材料制造的，其中之一就是著名的华威大学的沃里克制造集团（WMG）的原型制造工厂。我们今天的导师是大卫·格林伍德教授，他是这些匿名的灰色包裹中电子和锂离子错综复杂的交流者。因此，请放心使用曲轴，阀门和轴承的概念，并向其介绍我们电动未来的阳极，阴极，隔板和LiPF6电解质。

我们的任务是使用WMG原型生产线上的机器制造一个小型的3.5V A7大小的袋式电池（大约相当于50mm x 70mm的信用卡大小）。在诸如Nissan Leaf或Jaguar I-Pace之类的量产车中，在将这些模块连接在一起以制造电池之前，将其中的数十个袋装入了模块中。

内部零件以及设计和制造的原理与较大的袋式电池（如安装在Leaf上的袋式电池）相同，也与特斯拉使用的棱柱形设计和圆柱体相同。特斯拉的18650电池的形状可能有很大不同，但是它们包含相同的基本组件，只是在管子中卷起。

有四个主要过程-制作阳极，制作阴极，将它们包装到袋中并填充包含重要锂的液体电解质-但总共有11个制造步骤。我们的会议将花费几个小时，但在像Tesla的Gigafactory这样的批量生产工厂中，每秒会下线20个电池。该穿上绿色的防护橡胶手套，白色的实验室外套，并混合化学药品了。

制作汽车电池

1: 阳极材料称重

阳极中的电化学活性成分是石墨-它是实际上存储锂离子的成分。它以细粉的形式出现，每个粒子的直径只有10微米，占人类头发的五分之一。在此，将石墨在水基溶剂中与炭黑和乳胶基粘合剂混合以制成浆料。

碳使石墨导电，而粘合剂是粘合剂，因此在下一阶段它将粘在铜衬板上。阴极的制造过程非常相似，但镍细颗粒只能在戴有加压呼吸面罩的情况下才能处理，因此不适合我们参观。

2: 阳极混合

该关键步骤是使用专为食品工业设计的设备来混合面包和巧克力的。生产质量的阳极材料的混合量为数百升。需要混合几个小时才能确保粉末，溶剂和粘合剂均匀地分布在浆料中。

3: 阳极涂层

浆液附着在电导体上，以使锂离子流入/流出石墨，因此浆液可以薄薄地铺在铜板上，约为铜板厚度的一半。铜用于阳极，铝用于阴极，因为否则电池中的条件将意味着阴极溶解且电池被破坏。

在生产工厂中，制造阳极的涂布和干燥机最长可以达到90米。材料在短短一分钟内通过它，从而优化了干燥过程，这对于阳极存储电荷的效率至关重要。

4: 日历

通过轻轻地压碎涂层以增加其密度，可以最大化阳极中石墨的电荷存储能力。该过程起源于纺织品的后整理技术。

5: 干房

如果锂暴露在空气中的湿气中会发生反应，从而降低电池的性能，因此最终生产过程将在相对湿度仅为0.5％（阿塔卡马沙漠的十分之一）的干燥室内进行。这里的工人必须经常补液。

6: 模切层

将铜带及其石墨涂层切割成A7形状以形成单独的层。为了达到3.5V和6Ah的性能，我们的电池需要15层-七个阳极和八个阴极。每次切割均由精密模切机进行，以确保每张薄板精确地位于隔板/绝缘体之间，并且没有粗糙的边缘-否则电池可能会短路并可能着火。

7: 电池组件

每个阳极层必须与隔板和阴极片交错。这是一个很简单的过程，由Z形折叠堆叠机自动处理。我们的单元格最终将在15层之间有大约一米的分隔符。

8: 焊接电流收集器

超声波焊接将阳极的各层连接在一起，形成一个坚固的凸片-电流流入/流出电池的连接点。

9: 包装细胞

阳极层容纳在由镀铝聚合物制成的气密袋内，这是用于包装食品（如咖啡豆）的材料的更坚固的版本。在牢房中，它必须保持气密15年。喝咖啡，只有六个月。袋的边缘是热封的，但尺寸过大，以便为以后的处理留出空间。

10: 添加电解质

仅将2毫升含六氟磷酸锂（LiPF6）的液体电解质泵入电池，并将袋装在超干燥真空中密封，以保持水分远离反应性和易燃的锂。在使电池正常工作所需的所有其他部件中，我们的A7电池（约200克重量）中只有4％实际上是锂。

11: 形成与老化

这是科学怪人的时刻，当袋子变成功能细胞时。专门的设备反复对电池进行充电和放电，同时对其行为进行监控以进行质量控制。

电解质和阳极之间的初始反应会形成固体电解质界面（SEI）-保护层-并在此过程中释放出气体，这就是为什么袋要早一点过大的原因。稍后将清除并修剪它。令人惊讶的是，该单元需要几天才能形成：通常，特斯拉中的小型单元可能需要三到四天，但是一些较大的袋式单元可能要花费惊人的28天。我们较小的A7电池可能要花一到两天的时间。