El proceso de fabricación de baterías de iones de sodio se puede dividir generalmente en varios pasos clave: preparación de la materia prima, material de cátodo y ánodo yo producción, electrólito y separador Preparación, fabricación de electrodos, ensamblaje de celdas y pruebas e inspección del producto terminado. En comparación con el proceso de producción de baterías de iones de litio, las baterías de iones de sodio difieren en la selección de la materia prima y en ciertos pasos del proceso, pero el flujo de trabajo general es similar. Sus formas de empaque son similares (cilíndricas, en bolsa, con carcasas de aluminio prismáticas, etc.), sus procesos de producción se solapan en gran medida y sus líneas de producción son compatibles (incluida la fabricación de electrodos y el ensamblaje de celdas). La principal diferencia radica en que las baterías de iones de sodio pueden utilizar papel de aluminio como colector de corriente del ánodo, lo que permite conectar las pestañas del cátodo y del ánodo mediante pestañas de aluminio. Esto simplifica el proceso de soldadura de pestañas.

Preparación de materia prima

Las principales materias primas para las baterías de iones de sodio incluyen materiales para el cátodo, el ánodo, el electrolito, los separadores y las carcasas de la batería. La selección y la calidad de estos materiales influyen directamente en el rendimiento y la vida útil de la batería.

Materiales de cátodo y ánodo son los componentes principales de las baterías de iones de sodio y sus diferencias de rendimiento determinan la densidad energética de la batería y la eficiencia de carga y descarga.

Electrólito Sirve como medio para el transporte de iones de sodio dentro de la batería.

Separadores Se utilizan para aislar el cátodo y el ánodo, evitando cortocircuitos.

Batería casos Son componentes críticos que protegen la estructura de la batería y garantizan la integridad del sellado.

Preparación del material del cátodo

El material del cátodo es un componente esencial de las baterías de iones de sodio. Entre los materiales de cátodo más utilizados se encuentran los compuestos polianiónicos, los óxidos laminares y los análogos del azul de Prusia. Entre estos, los materiales de cátodo polianiónicos se han convertido en un foco de investigación debido a su estructura estable y su excelente rendimiento cíclico. Los métodos de síntesis incluyen reacciones en estado sólido, procesos sol-gel y métodos hidrotermales. El rendimiento electroquímico de los materiales de cátodo puede mejorarse optimizando las condiciones de síntesis y empleando modificaciones dopantes.

Preparación del material del ánodo

Común materiales del ánodo Incluyen materiales a base de carbono y aleaciones. Los materiales a base de carbono, conocidos por su alta conductividad y estabilidad, se utilizan ampliamente en baterías de iones de sodio. Se emplean métodos de preparación como la pirólisis y la deposición química en fase de vapor (CVD), seguidos de procesos de recubrimiento y secado. El rendimiento electroquímico de los materiales anódicos puede mejorarse controlando la estructura porosa y el área superficial específica.

Preparación de electrolitos y separadores

La composición del electrolito afecta directamente la conductividad iónica y la estabilidad de la batería. El electrolito se compone principalmente de un soluto, un disolvente y aditivos. — Normalmente, sales de sodio disueltas en disolventes orgánicos. Los disolventes comunes incluyen ésteres y éteres, mientras que los aditivos se componen principalmente de agentes formadores de película, retardantes de llama y agentes de protección contra sobrecargas, que protegen los materiales de los electrodos.

El separador es uno de los componentes clave de la batería y su rendimiento influye significativamente en la seguridad y la vida útil. Los materiales del separador, generalmente membranas microporosas hechas de... polietileno (PE) o polipropileno (PP) Se preparan mediante métodos de extrusión o estiramiento. Estos materiales presentan una excelente estabilidad química y resistencia mecánica, lo que garantiza una eficiente permeabilidad del electrolito y la seguridad de la batería, a la vez que previene eficazmente los cortocircuitos internos.

Fabricación de electrodos

La fabricación de electrodos es un paso fundamental en la producción de baterías de iones de sodio y comprende procesos como recubrimiento, calandrado, corte y apilado/bobinado.

yo Revestimiento

Los materiales del cátodo y el ánodo se recubren por separado sobre láminas metálicas. El proceso de recubrimiento incluye la preparación de la suspensión, la aplicación del recubrimiento y el secado. La uniformidad y el grosor del recubrimiento afectan directamente la capacidad y el rendimiento de la batería.

yo Presión de rodadura

Tras el recubrimiento, los materiales de los electrodos se someten a un calandrado para mejorar la densidad y la conductividad. Parámetros como la presión, la velocidad y la temperatura deben controlarse con precisión durante el calandrado. La presión aplicada garantiza una unión más firme de los materiales de los electrodos, mejorando así la resistencia mecánica y la conductividad.

yo Corte

La precisión del corte influye significativamente en el ensamblaje de la batería y su rendimiento eléctrico. Tras el calandrado, los materiales de los electrodos se cortan a las dimensiones especificadas utilizando equipos de corte de alta precisión para garantizar la consistencia dimensional para los procesos posteriores de apilado o bobinado.

yo Apilamiento/bobinado

Dependiendo del diseño de la batería, los materiales de los electrodos cortados y los separadores se ensamblan mediante apilamiento o bobinado:

Apilado Se utiliza para baterías prismáticas, donde el apilamiento en capas de materiales de cátodo/ánodo y separadores forma el núcleo de la celda.

Devanado Se aplica a baterías cilíndricas, donde la espiral continua de electrodos y separadores crea una estructura de celda en espiral.

La precisión de la alineación y el control de la tensión durante el apilado/bobinado son factores clave para garantizar un rendimiento óptimo de la batería.

Encapsulado y ensamblaje de baterías

yo Proceso de encapsulación

El proceso de encapsulación incluye la inserción de la celda central, el sellado, la inyección de electrolito y el termosellado. El control de calidad durante la encapsulación es fundamental y debe cumplir estrictamente las especificaciones del proceso.

- En primer lugar, el material de encapsulación se une firmemente al núcleo de la celda mediante métodos como prensado en caliente y soldadura ultrasónica.

- A continuación, el electrolito se inyecta uniformemente en el núcleo de la celda utilizando un equipo de llenado de precisión.

- Finalmente, el material de encapsulación se calienta para formar una estructura herméticamente sellada.

yo Conjunto de batería

El ensamblaje de baterías implica la selección del tipo de encapsulación, la elección de los materiales y la implementación de controles de calidad durante el proceso. Los tipos de encapsulación más comunes incluyen las configuraciones de bolsa, estuche rígido y cilíndrica, y la elección depende de la aplicación y los requisitos de rendimiento.

yo Tipos de encapsulación

- Encapsulación en bolsa: utiliza una película de aluminio y plástico para sellar, ofreciendo propiedades livianas y flexibles, haciéndola adecuada para dispositivos portátiles y baterías de energía.

-Encapsulamiento de carcasa rígida: emplea una carcasa metálica para sellar, proporcionando excelente resistencia mecánica y protección, ideal para sistemas automotrices y de almacenamiento de energía.

-Encapsulación cilíndrica: combina una carcasa de metal con electrodos enrollados, presentando tecnología madura y rendimiento estable, ampliamente utilizado en pequeños dispositivos electrónicos y baterías de energía.

yo Materiales de encapsulación

La selección de materiales considera la resistencia química, la resistencia térmica y la resistencia mecánica. Los materiales comunes incluyen:

- Película de aluminio y plástico: ofrece hermeticidad y flexibilidad superiores para las celdas de las bolsas, lo que impacta directamente en el rendimiento del sellado y el ciclo de vida.

- Carcasa de aluminio: Proporciona resistencia mecánica robusta y protección para celdas cilíndricas y de carcasa rígida, con espesor y precisión de mecanizado críticos para seguridad y confiabilidad.

Prueba e inspección de productos terminados

Las baterías encapsuladas se someten a rigurosas pruebas para garantizar el rendimiento y la seguridad.

yo Pruebas de rendimiento electroquímico

Incluye pruebas de capacidad, pruebas de ciclo de vida y pruebas de capacidad de velocidad para evaluar la capacidad real, la estabilidad del ciclo y el rendimiento de carga/descarga rápida.

yo Pruebas de rendimiento mecánico

Incluye pruebas de vibración, caída y aplastamiento para verificar la confiabilidad mecánica en condiciones de uso.

yo Pruebas de desempeño de seguridad

Implica pruebas de cortocircuito, sobrecarga/sobredescarga y penetración de clavos para evaluar la seguridad en condiciones extremas.

Gestión del entorno de producción y seguridad

yo Entorno de producción

La fabricación de baterías de iones de sodio requiere un estricto control de limpieza, temperatura y humedad:

-Control de limpieza: Se logra mediante la purificación del aire y la protección del proceso para evitar la contaminación.

-Control de temperatura/humedad: Se mantiene mediante sistemas HVAC para garantizar la estabilidad del material y la consistencia del proceso.

yo Gestión de la seguridad

Se aplican estrictos protocolos de seguridad, que incluyen la prevención de incendios, explosiones y riesgos químicos. Los empleados deben recibir capacitación especializada y adherirse a los procedimientos operativos.

yo Medidas de prevención de incendios

-Se instalan cortafuegos, detectores de humo y sistemas de extinción.

- Son obligatorios los simulacros de incendio periódicos y los sistemas integrales de extinción de incendios.

yo Medidas de prevención de explosiones

-Se implementan equipos y procesos a prueba de explosiones.

- Los equipos críticos cumplen con los estándares a prueba de explosiones, con un estricto control de materiales inflamables.

yo Control de riesgos químicos

- Se utilizan zonas de aislamiento y equipos de protección para minimizar la exposición a sustancias químicas.

-El uso y las emisiones de productos químicos están estrictamente regulados para garantizar la seguridad ambiental y del personal.