Vaziyatni o'rganish: Universitet laboratoriyalari va ilmiy-tadqiqot institutlari uchun 100Ah sumkali hujayra uchuvchi liniyasi

Muallif: PhD. Dany Huang
Bosh direktor va Ar-ge rahbari, TOB New Energy

PhD. Dany Huang

GM / R&D rahbari · TOB New Energy bosh direktori

Milliy katta muhandis
Ixtirochi · Batareya ishlab chiqarish tizimlari arxitektori · Ilg'or batareya texnologiyasi bo'yicha mutaxassis

Doktor Huang bilan bog'laning

Akademik batareya tadqiqoti va sanoatni tijoratlashtirish o'rtasidagi asosiy uzilish odatda bitta ko'rsatkichda umumlashtiriladi: Amper-soat (Ah). O'nlab yillar davomida universitet laboratoriyalari yangi katod materiallari, kremniy{7}}uglerod anodlari va qattiq elektrolitlarni tekshirish uchun CR2032 (odatda 0,002 Ah) yoki kichik bir qatlamli sumkali hujayralarga (0,1 dan 1 Ah gacha) tayangan. Biroq, akademik tadqiqotchilar avtomobil OEMlariga yoki bir darajali uyali{10}}yacheyka ishlab chiqaruvchilariga ushbu tanga xujayrasi maʼlumotlarini taqdim qilganda, javob deyarli hamma uchun bir xil boʻladi: “Bizga maʼlumotlarni katta{11}}formatli katakda koʻrsating.”

100Ah elektr transport vositasi (EV) sinfidagi sumka xujayrasi fizikasi tanga xujayrasidan butunlay farq qiladi. Milliamper shkalasida termal tarqalish, hajmli kengayish paytida mexanik kuchlanish, hosil bo'lish siklida gaz hosil bo'lishi va massiv oqim kollektorlari bo'ylab elektron taqsimotini aniq modellash mumkin emas. Ushbu “O‘lim vodiysi”ni kesib o‘tish uchun-yuqori darajadagi universitetlar endi o‘zlarining o‘rta va{6}}katta miqyosdagi pilot liniyalarini yaratish uchun-bir to‘xtash joyidagi batareya yechimlari provayderlari bilan hamkorlik qilmoqdalar.

Ushbu amaliy tadqiqot universitet infratuzilmasi ichida 100Ah Pouch Cell Pilot Lineni loyihalash, sotib olish va o'rnatish uchun qat'iy muhandislik rejasini taqdim etadi. Biz muhim o'tish nuqtalarini ko'rib chiqamiz, shkala bo'yicha reologiyadan tortib ko'p qatlamli ultratovushli payvandlashning o'ta talablarigacha.

Tarixiy evolyutsiya: qo'lda quyishdan avtomatlashtirilgan aniqlikka

2026 yilda qaerga ketayotganimizni tushunish uchun qoplama texnologiyasining traektoriyasini tushunishimiz kerak. Batareya bo'yicha dastlabki tadqiqotlar keramika sanoatidan olingan "lenta quyish" ga tayangan. Doctor Blade bu-sodda, qattiq novdaning tabiiy evolyutsiyasi edi, u shilimshiq hovuzni tekislaydi. Bu energiya zichligi talablari kam bo'lgan dastlabki LCO (litiy kobalt oksidi) batareyalari uchun yaxshi ishladi.

Biroq, sanoat yuqori{0}}quvvat va yuqori{1}}quvvatli hujayralarga o'tgan sari, "o'z{2}}o'lchagan" tizimlarning cheklovlari aniq bo'ldi. Slot Die qoplamasining joriy etilishi, fotografik plyonka va yuqori{4}}qog'oz sanoatida takomillashtirilgan texnologiya akkumulyator ishlab chiqarish zavodida inqilob qildi. U sanoatni folga suyuqlikni tortadigan "passiv" jarayondan uskuna suyuqlikning harakatini belgilaydigan "faol" jarayonga o'tkazdi. AtTOB YANGI ENERGIYA, biz shuni hujjatlashtirdikki, birgina bu siljishning oʻzi uchuvchi liniya muhitida hujayra{0}}xujayralarga- mos kelishini 40% dan koʻproq yaxshilashi mumkin.

I. Ob'ekt infratuzilmasi: Yuqori-sig'imli hujayralar uchun zaruriy shart

Birgina batareya ishlab chiqarish uskunasiga buyurtma berishdan oldin universitet ushbu ob'ektga murojaat qilishi kerak. 100Ah xujayrada katta hajmdagi yuqori reaktiv materiallar mavjud. Infratuzilma shunchaki uy-joy talabi emas; u hujayraning elektrokimyoviy ko'rsatkichlarida faol o'zgaruvchidir.

1. Ultra{1}}Quruq xona muhandisligi

Batareya uchuvchi liniyasi uchun eng qimmat va muhim infratuzilma quruq xonadir. Tangalar laboratoriyasida argon{1}}to‘ldirilgan qo‘lqop qutisi yetarli. 100Ah sig‘imga ega bo‘lgan po‘choqli hujayra liniyasi-to{5}}yovlab qo‘yish, avtomatlashtirilgan stacking va suyuq elektrolitlarni to‘ldirish-quruq xonada yurish shart.

Standart litiy{0}}ion kimyolari (NMC/Grafit) uchun quruq xonada -40 daraja Selsiy (taxminan 127 ppm suv) shudring nuqtasi bo‘lishi kerak. Ammo, agar universitet keyingi-avlod Sulfid qattiq-holat elektrolitlari yoki litiy-metall anodlarini tadqiq qilmoqchi bo‘lsa, talab -60 daraja Selsiyga (10 ppm dan kam) tushadi. Bunga erishish uchun katta aylanadigan qurituvchi namlagichlar kerak bo'ladi. HVAC muhandisligi isitiladigan vakuumli quritish pechlari tomonidan ishlab chiqarilgan yashirin issiqlikni va tadqiqotchilarning o'zlari chiqaradigan namlikni hisobga olishi kerak (odatda bir kishi uchun soatiga 100 dan 150 grammgacha suv).

2. Zaminni yuklash va tebranish izolyatsiyasi

Universitet binolari, ayniqsa eski fan bloklari, ko'pincha sanoat pollarni yuklash uchun baholanmaydi. Yuqori bosimli uzluksiz kalendrlash mashinasi bilan birlashtirilgan-yuqori{2}}yivli qoplama-bir necha tonna og'irlikda bo'lishi va katta yuk-bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, kalendrlash mashinalari va sayyora mikserlari past{6}}chastotali tebranishlarni hosil qiladi, ular qo'shni yuqori aniqlikdagi elektron mikroskoplarga (TEM/SEM) xalaqit berishi mumkin. AtTOB YANGI ENERGIYA, bizning ob'ektni rejalashtirish bo'yicha guruhimiz universitet arxitektorlari bilan moslashtirilgan tebranish{0}}izolyatsiya prokladkalarini loyihalash va jihoz yetkazib berishdan oldin dinamik pol kuchlanishini hisoblash uchun ishlaydi.

3. NMP Solventni qayta tiklash va chiqarishni boshqarish

Qoplash jarayonida katodli eritma uchun hal qiluvchi sifatida N-metil-2-pirolidon (NMP) ishlatiladi. NMP zaharli hisoblanadi va atrof-muhit salomatligi va xavfsizligi (EHS) standartlari bilan qat'iy tartibga solinadi. 100Ah uchuvchi liniya qoplamaning chiqindisiga biriktirilgan NMPni qayta tiklash tizimini talab qiladi. Ushbu tizim NMP bug'ini universitetning markaziy chiqindisiga yetib borguncha ushlab turish uchun sovutilgan suv kondensatsiyasi yoki zeolit ​​rotor adsorbsiyasidan foydalanadi va mahalliy atrof-muhit qonunlariga rioya qilishni ta'minlaydi.

II. Oldingi-Oxirgi ishlov berish: Slopa va elektrodni masshtablash

Yagona 100Ah sumkali hujayra ishlab chiqarish uchun sizga taxminan 3-4 kvadrat metr ikki-tomonlama qoplangan elektrod kerak bo'ladi. 10 hujayradan iborat standart partiya 40 kvadrat metrni talab qiladi. Siz endi stakanga aralashtirolmaysiz yoki qo'l pichoq bilan qo'ltiqsiz.

1. Yuqori-Qisqich bilan aralashtirish50 litrli shkalada

1 litrli laboratoriya mikseridan 50 litrli dual planetar vakuumli aralashtirgichga o'tish suyuqlik dinamikasini tubdan o'zgartiradi. Katta partiyalarda haroratni nazorat qilish asosiy muammoga aylanadi. Yuqori kesish kuchlari PVDF biriktiruvchisining kristallanishiga yoki erituvchining muddatidan oldin bug'lanishiga olib keladigan kuchli mahalliy issiqlik hosil qiladi.

Biz universitetning uchuvchi liniyalari uchun yetkazib beradigan 50 litr hajmli mikserlar ikki qavatli suv sovutish ko'ylagi va ko'p nuqtali PT100 harorat sensori- bilan jihozlangan. Bundan tashqari, aralashtirishning oxirgi bosqichida vakuumli gazsizlantirish juda muhimdir. 50 litrli to'plamda ushlangan har qanday mikro{6}}pufakchalar qoplama jarayonida teshiklarga aylanadi va 100Ah quvvatga ega hujayrada lityum dendritning halokatli o'sishiga olib keladi.

2. QoplamavaKalenderlashEnergiya zichligi uchun

Slot matritsa texnologiyasi boʻyicha oldingi tahlilimizda muhokama qilinganidek, bu miqyosda-oldindan oʻlchangan qoplamani-sozlash mumkin emas. 100Ah xujayralar uchun maydon massasi o'z chegaralariga suriladi (ko'pincha yuqori energiyali ilovalar uchun kvadrat santimetr uchun 20 milligramdan oshadi).

Qoplangan va quritilganidan so'ng, elektrodni gidravlik rulonli press yordamida zichlashtirish kerak. 300 mm kenglikdagi elektrodni kalendarlash yuzlab tonna chiziqli bosimni talab qiladi. Roliklar bo'ylab bosim butunlay bir xil bo'lmasa, folga burishadi yoki "kamber" bo'ladi. Biz uchuvchi kalendrlash mashinalarimizni “Roll Bükme” texnologiyasi va faol material zarralarini maydalamasdan yuqori siqilish zichligiga (masalan, NMC katodlari uchun 3,6 g/sm3) imkon beruvchi biriktiruvchini yumshatish uchun induksion isitish bilan jihozlaymiz.

III. O'rta-Oxirgi ishlov berish: sumkaning arxitekturasi

Xalta xujayrasini yig'ish juda mexanik aniqlikdagi mashqdir. 100Ah hujayra bitta elektrokimyoviy birlik emas; bu katod, ajratuvchi va anodning 80 yoki 100 tagacha alohida qatlamlarining parallel ulanishi.

1. Z-Stackingva boshqalarO'rash

Silindrsimon xujayralar o'rashdan foydalansa, katta{0}}formatli qop hujayralari Z-Stackingga juda tayanadi. Z-stacking mashinasida uzluksiz ajratgich chizig'i "Z" shaklida oldinga va orqaga buklanadi, burmalarga kesilgan katod va anodning diskret varaqlari kiritiladi.

Bu erda muhandislik bag'rikengligi kechirilmaydi. Tez zaryadlash paytida qirralarning lityum qoplamasini oldini olish uchun anod katoddan bir oz kattaroq bo'lishi kerak ("Overhang"). Agar stacking mexanizmi bitta katod varag'ini anoddan o'tib ketishi uchun 0,5 millimetrga noto'g'ri moslashtirsa, butun 100Ah hujayra yong'in xavfi hisoblanadi. Bizning ilg‘or uchuvchi stacking mashinalarimiz yopiq-aylanma tekislashni tezda to‘g‘rilash uchun bir nechta CCD kamerali ko‘rish tizimlaridan foydalanadi, bu esa har bir qatlam uchun mukammal haddan tashqari geometriyani ta’minlaydi.

2. Ko‘p qavatli-fizikaUltrasonik payvandlash

Hujayra yig'ilgandan so'ng, alyuminiy folga (katodlardan) barcha 80 qatlamlari alyuminiy yorliqda payvandlanishi kerak va mis folga (anodlardan) barcha 80 qatlamlari nikel yoki mis yorliqlarga payvandlanishi kerak.

Buni lazerli payvandlash bilan amalga oshirib bo'lmaydi, chunki yupqa plyonkalar shunchaki bug'lanadi. Buning o'rniga biz ultratovushli payvandlash uskunasidan foydalanamiz. Bu jarayon qattiq chok hosil qilish uchun bosim ostida qoʻllaniladigan yuqori-chastotali akustik tebranishlardan (odatda 20 kHz dan 40 kHz gacha) foydalanadi.

100Ah quvvatga ega hujayra uchun 80 qatlamni payvandlash katta quvvatni talab qiladi{2}}ko'pincha 3000 dan 4500 Vattgacha. Qiyinchilik "payvand chokining penetratsiyasi" dir. Agar energiya juda past bo'lsa, pastki qatlamlar bog'lanmaydi (yuqori ichki qarshilikka olib keladi). Agar energiya juda yuqori bo'lsa, sonotrode (vibratsiyali asbob) yuqori qatlamlarni yirtib tashlaydi. AtTOB YANGI ENERGIYA, biz moslashtirilgan sonotrode shox dizaynlari va EV-darajali kataklarda topilgan og'ir yorliqlar-folga nisbati uchun maxsus ishlab chiqilgan dinamik bosimni boshqarish tizimlarini taqdim etamiz.

3. Qoplarni shakllantirish va chuqur chizish

Xalta xujayrasining korpusi neylon, alyuminiy folga va polipropilen kompozitsiyasidan iborat-alyuminiy qatlamli plyonkadan (ALF) yasalgan. Katta hajmli 100Ah stekni ushlab turish uchun sumka shakllantirish mashinasi yordamida ALFga -chuqur "chashka" sovuq shakllantirilishi kerak.

Yuqori sig'imli hujayralar uchun-bu chashka chuqurligi 10 millimetrdan oshishi mumkin. Chuqur chizish paytida ALF haddan tashqari kuchlanish stressini boshdan kechiradi. Agar zımba va qolip mukammal silliqlanmagan bo'lsa yoki siqish bosimi noto'g'ri bo'lsa, plyonka ichidagi alyuminiy qatlami mikro-yorilib ketadi. Ushbu ko'zga ko'rinmas yoriqlar namlikning hujayraga kirishiga imkon beradi, bu esa halokatli shish paydo bo'lishiga olib keladi. Bizning uchuvchi{7}}ko‘lamli shakllantirish mashinalarimiz plyonkaning oquvchanligini buzmasdan, yumshoq cho‘zish uchun dasturlashtiriladigan tezlik egri chiziqli servo{8}}zarbalardan foydalanadi.

IV. Orqaga-Oxirgi ishlov berish: faollashtirish kimyosi

Stak sumkaning uch tomoniga muhrlangandan so'ng, jarayon mashinasozlikdan kimyo muhandisligiga o'tadi.

1. Vakuumli elektrolitlarni to'ldirishva namlanish dinamikasi

CR2032 tanga xujayrasiga elektrolitlarni kiritish bir necha soniya davom etadi. 100 dan 150 grammgacha elektrolitni mahkam siqilgan 100Ah sumkali hujayralar to'plamiga yuborish katta gidrodinamik muammodir. Siqilgan elektrodlarning g'ovakligi va separatorning nanoporlari katta kapillyar qarshilik hosil qiladi.

Agar siz shunchaki suyuqlikni to'kib tashlasangiz, u tepada to'planib, hujayraning markazini butunlay quruq qoldiradi. Hujayra zaryadlanganda, bu quruq dog'lar o'lik zonalarga aylanadi va ho'l joylarni ikki baravar yuqori tezlikda ishlashga majbur qiladi va hujayrani darhol yo'q qiladi.

Batareya uchuvchi liniyalarida biz vakuumli elektrolitlarni to'ldirish tizimlarini qo'llaymiz. Yopilmagan xalta kameraga joylashtiriladi va elektrod teshiklari ichidagi barcha havoni olib tashlab, chuqur vakuum olinadi. Keyin elektrolitlar AOK qilinadi. Atmosfera bosimi qayta tiklanganda, suyuqlikni jismonan stackning markaziga chuqur kirib boradi. 100Ah xujayralar uchun bu vakuum{5}}bosim sikli bir necha marta takrorlanishi kerak, so'ngra ho'llashning umumiy bir xilligini ta'minlash uchun yuqori-haroratli dam olish davri bo'lishi kerak.

2. Shakllanish, Gaz ishlab chiqarish va ikkilamchi muhrlash

Yakuniy ishlab chiqarish bosqichi "Formatsiya"{0}}anodda qattiq elektrolitlar interfazasi (SEI) qatlamini yaratish uchun batareyani birinchi ehtiyotkorlik bilan zaryadlashdir.

Suyuq elektrolitlar tizimida SEI hosil bo'lishi paytida sezilarli miqdorda gaz (birinchi navbatda etilen, vodorod va uglerod oksidi) hosil bo'ladi. 100Ah kamerada bu gaz hajmi katta. Shuning uchun qop xujayralari gaz to'planishi mumkin bo'lgan qo'shimcha uzunlikdagi ALF qopchasi-"Gaz paketi" bilan yaratilgan.

Batareyani yuqori aniqlikdagi sinov kanallarimizda shakllantirish tugallangach, hujayra vakuumli yakuniy muhrlash mashinasiga o'tkaziladi. Ushbu mashina vakuumli muhitda gaz qopini teshib o'tadi, barcha to'plangan gazni chiqaradi va to'g'ridan-to'g'ri hujayra tanasi ustida yakuniy termal muhr qo'yadi. Keyin ortiqcha gaz sumkasi kesiladi va tashlanadi. Bu jarayon gaz bilan birga hech qanday elektrolit so‘rilmasligini ta’minlash uchun o‘ta aniqlikni talab qiladi, bu esa hujayraning sinchkovlik bilan hisoblangan suyuqlik--sig‘imlari nisbatini o‘zgartiradi.

V. Universitet sharoitida sifat nazorati va xavfsizlik

Sanoat Gigafactory hujayra sinovlari uchun maxsus xavfsizlik bunkerlariga ega. Universitet laboratoriyasi ko'pincha talabalar va boshqa tadqiqot bo'limlari bilan to'ldirilgan binoda joylashgan. Shuning uchun, 100Ah liniyasi uchun Sifat nazorati (QC) va Xavfsizlik protokollari benuqson bo'lishi kerak.

1.-Buzuvchisiz sinov

100Ah hujayra zaryadlashdan oldin uni tekshirish kerak. Biz elektrolitlarni toʻldirishdan oldin mikro-qisqalarni aniqlash uchun yuqori{2}}kuchlanishli Hi-pot sinov mashinalarini birlashtirdik. Eng muhimi, Z-stekning ichki tekislanganligini tekshirish uchun X-Ray tekshiruv tizimlarini tavsiya qilamiz. Agar rentgen nurlari orqali anodning haddan tashqari ko'tarilishi anomaliyasi aniqlansa, u termal qochib ketish xavfiga aylanishidan oldin hujayra parchalanadi.

2. Issiqlik boshqaruvi va EHS protokollari

100Ah quvvatga ega hujayraning hayotiy sinovi- davomida termal qochib ketish hodisasi aql bovar qilmaydigan miqdorda energiya, zaharli gidroflorik kislota (HF) gazi va olovni chiqaradi. Universitet uchuvchi liniyalari uchun taqdim etilgan akkumulyatorlarni sinovdan o'tkazish uskunasi faol yong'in o'chirish tizimlari va maxsus-chiqaruvchi ventilyatsiya bilan jihozlangan portlashdan himoyalangan atrof-muhit kameralarida joylashtirilishi kerak.

VI. Iqtisodiy reja: 100Ah uchuvchi liniyasini qurish

Universitet bosh tergovchilari (PI) va bo'lim boshliqlariga grant arizalari uchun real asos bilan ta'minlash uchun, bu yerda standart 100Ah NMC/Graphite uchuvchi liniyasi uchun kontseptual parametr sxemasi ishlab chiqilgan.TOB YANGI ENERGIYA:

VII. Xulosa: Yangi avlod-innovatsiyalari markazi

Universitetda 100Ah sumkali uyali uchuvchi liniyasini qurish monumental ishdir. U kimyo bo'limini haqiqiy ilg'or ishlab chiqarish markaziga aylantiradi. Bu tadqiqotchilarga ularning yangi materiallari kalendrlashning fizik siqilishiga, yuqori kesishma aralashuvining termal stressiga-va vakuum namlashning murakkab suyuqlik dinamikasiga bardosh bera olishini isbotlash imkonini beradi.

Universitet mukammal, ichki ishlab chiqarilgan 100Ah qop hujayrasidan-hayot ma'lumotlarini taqdim eta olsa, ular endi shunchaki maqolalarni nashr etmaydi-ular avtomobil yetkazib berish zanjirining kelajagini belgilaydilar.

AtTOB YANGI ENERGIYA, biz akademik tadqiqotchilar mexanik muhandislar bo'lishi shart emasligini tushunamiz. Shuning uchun universitet akkumulyator laboratoriyalariga bizning yondashuvimiz yaxlitdir. Uskunaning tagliklarini yuklash joyiga tashlamaymiz; biz ob'ektni loyihalashtiramiz, mashinalarni birlashtiramiz,-doktoranturadan keyingi talabalarni sanoat ekspluatatsiyasi protokollari bo'yicha o'qitamiz va uchuvchi liniyaning ishlashi uchun zarur bo'lgan doimiy moddiy ta'minotni ta'minlaymiz. Biz O'lim vodiysi bo'ylab ko'prik quramiz, bu sizning innovatsiyalaringizni tijorat dunyosiga etkazish imkonini beradi.

TOB NEW ENERGY haqida

TOB YANGI ENERGIYAilg‘or energiya saqlash texnologiyalarini tijoratlashtirishni jadallashtirishga bag‘ishlangan akkumulyator sanoati uchun global miqyosda e’tirof etilgan{0}}bir to‘xtash joyi bo‘yicha yechim provayderidir. Bizning tajribamiz batareyaning butun ishlash davrini o‘z ichiga oladi va akkumulyator laboratoriyasi tadqiqotlari, tajriba{2}}miqyosdagi ishlab chiqarish liniyalari va to‘liq avtomatlashtirilgan ommaviy ishlab chiqarish ob’ektlari uchun kompleks yechimlarni taqdim etadi. Biz barcha dominant va rivojlanayotgan kimyolar, jumladan, litiy-ion, qattiq-holat, natriy- va litiy{7}}oltingugurt tizimlariga xizmat qilamiz.

Zamonaviy moslashtirilgan akkumulyator uskunalari, sinchkovlik bilan sinovdan o‘tgan akkumulyator materiallari va misli ko‘rilmagan texnik maslahatlarni birlashtirib,-TOB YANGI ENERGIYAuniversitetlar, ilmiy-tadqiqot institutlari va global hujayra ishlab chiqaruvchilariga kontseptual elektrokimyodan bozor{0}}etakchi mahsulotlarga muammosiz o‘tish imkoniyatini beradi. Biz akkumulyator batareyasiga intilishda sizning sodiq muhandislik hamkoringizmiz.