Comment fabriquer des cellules de batterie soft-pack ?

Une cellule est la plus petite unité d'unsystème de batterie. Plusieurs cellules forment un module et plusieurs modules forment un bloc-batterie, constituant la structure de base des batteries de puissance automobile.

Le processus de production cellulaire comprend :

(1) Préparation de boue de matière active — Processus de mélange

Le mélange consiste à mélanger des matières actives (phosphate de fer et de lithium pour la cathode, graphite pour l'anode) dans une suspension à l'aide d'un mélangeur sous vide. Il s’agit de la première étape de la production de batteries. Le contrôle qualité de ce processus a un impact direct sur la qualité des batteries et le rendement du produit fini. Cela implique un flux de travail complexe avec des exigences strictes en matière de ratios de matières premières, d’étapes de mélange, de durée d’agitation, etc.

(2) Revêtement de la suspension agitée sur une feuille de cuivre - Processus de revêtement

Ce processus consiste à enduire uniformément la suspension pré-mélangée sur les deux faces d'une feuille de cuivre.

L’objectif essentiel du revêtement est d’obtenir une épaisseur et un poids constants.

Le revêtement est primordial pour garantir une épaisseur et un poids uniformes des électrodes, car les écarts compromettent la cohérence de la batterie. Il doit également empêcher la contamination des particules, des débris ou de la poussière dans les électrodes. Une telle contamination peut provoquer une décharge accélérée de la batterie et même présenter des risques pour la sécurité.

(3) Pressage à froid et prédécoupe : consolidation du matériau d'anode sur une feuille de cuivre

Dans l'atelier de laminage, des rouleaux compriment les feuilles d'électrodes recouvertes de matériaux anodiques et cathodiques. Ce processus densifie le revêtement pour améliorer la densité énergétique et garantir l’uniformité de l’épaisseur tout en contrôlant davantage la poussière et l’humidité.

Le pressage à froid compacte les matériaux des électrodes positives et négatives sur la feuille d'aluminium, ce qui est crucial pour améliorer la densité énergétique.

Les feuilles d'électrodes pressées à froid sont ensuite découpées aux dimensions requises de la batterie, avec un contrôle strict de la formation de bavures (visibles uniquement au microscope). Cela empêche les bavures de percer le séparateur, ce qui pourrait créer de graves risques pour la sécurité.

(4) Création des languettes positives et négatives de la batterie : découpe et refendage des languettes

Le processus de découpe des languettes utilise une machine de découpe pour former les languettes conductrices de la cellule. Comme les batteries ont des pôles positifs et négatifs, ces languettes servent de conducteurs métalliques qui relient les électrodes de la cellule. En termes simples, ce sont les « oreilles » des bornes de la batterie, agissant comme points de contact pendant la charge et la décharge.

Le processus de refendage ultérieur utilise des lames de coupe pour diviser les feuilles d'électrodes de la batterie.

(5) Achèvement du prototype cellulaire - Processus de stratification

Les feuilles d'électrodes à fente sont empilées dans l'ordre : électrode négative, séparateur, électrode positive, séparateur, électrode négative, séparateur, électrode positive... électrode positive, séparateur, électrode négative. Ce processus est appelé empilement et les feuilles d’électrodes assemblées sont appelées cellule.

(6) Soudage des languettes

Il s’agit du deuxième processus de fabrication cellulaire. À l’aide d’un équipement de soudage spécialisé, les languettes sont soudées à la cellule empilée.

(7) Encapsulation

Il s'agit de la troisième étape de la préparation cellulaire. La cellule est enveloppée dans un film aluminium-plastique.

(8) Élimination de l'humidité et injection d'électrolyte - Cuisson et remplissage d'électrolyte

L’humidité est l’ennemi juré des systèmes de batteries. Le processus de cuisson garantit que les niveaux d'humidité internes répondent aux normes, garantissant ainsi des performances optimales tout au long du cycle de vie de la batterie.

Le remplissage en électrolyte est la quatrième étape de la préparation des cellules. L'électrolyte est injecté dans la cellule encapsulée via un port de remplissage réservé, formant ainsi une cellule semi-finie. L'électrolyte agit comme le sang circulant dans le corps de la cellule, où l'échange d'énergie se produit par le transfert d'ions chargés. Ces ions sont transportés de l'électrolyte à l'électrode opposée, complétant ainsi le processus de charge et de décharge. Le volume d’électrolyte injecté est critique. Un remplissage excessif peut provoquer une surchauffe de la batterie ou une panne immédiate, tandis qu'un remplissage insuffisant compromet la durée de vie de la batterie.

(9) Processus d'activation cellulaire - Formation

La formation est le processus d'activation des cellules après le remplissage en électrolyte. Grâce à des charges et décharges répétées, des réactions chimiques se produisent en interne pour former le film SEI (film SEI : une couche de passivation formée lors du premier cycle d'une batterie au lithium lorsque l'électrolyte réagit avec le matériau de l'anode à l'interface solide-liquide, semblable à l'application d'un revêtement protecteur sur la cellule). Cela garantit la sécurité, la fiabilité et la longue durée de vie de la cellule lors des cycles de charge et de décharge ultérieurs. L'activation des performances des cellules implique également une série de « contrôles de santé », notamment une inspection aux rayons X, une surveillance de l'isolation, une inspection des soudures et des tests de capacité.

Le processus de formation comprend en outre :

- Deuxième remplissage d'électrolyte après activation des cellules

- Pesée

- Soudure des ports de remplissage

- Test d'étanchéité

- Test d'autodécharge

- Vieillissement à haute température

- Vieillissement statique

Ces étapes garantissent les performances du produit.

(10) Tri de capacité

En raison des variations de fabrication, les cellules de batterie ne peuvent pas atteindre des capacités identiques. Le tri par capacité consiste à regrouper les cellules par capacité via des tests de charge-décharge spécifiques.

(11) Inspection et emballage pour le stockage