我们制造了一个锂离子汽车电池

像这样的机会并不经常出现。在这里，Autocar有机会从头开始建造自己的锂离子电动汽车电池单元，看到一个通常保持封闭的设备的内部工作原理，因为它的内容物是易燃的，并听取英国电动汽车电池最顶尖的教授的专家“如何工作”的解释。

在英国，只有几个地方的电池是用原材料制造的，其中一个是著名的华威大学(University Of Warwick)旗下华威制造集团(WMG)的原型制造厂。我们今天的导师是大卫·格林伍德教授，他是这些看起来匿名的灰色包裹中错综复杂的电子和锂离子流动的杰出沟通者。因此，从曲轴、阀门和轴承的概念中解脱出来，转而介绍我们电力驱动未来的阳极、阴极、隔膜和LiPF6电解液。

我们的任务是在WMG的原型生产线上使用机器制造一个3.5V的A7大小的邮袋电池--大约一张信用卡的大小，50毫米乘70毫米。在日产Leaf或捷豹i-Pace等量产汽车中，数十个这样的袋子被组装成模块，然后再将模块连接在一起制造电池。

内部部件以及设计和制造原则与更大的袋子电池相同，比如安装在Leaf上的电池，但也包括特斯拉使用的棱柱设计和圆柱体。特斯拉的18650个电池可能形状截然不同，但它们包含相同的基本成分，只是卷在一个管子里。

有四个主要的过程--制造阳极，制造阴极，把它们装进一个袋子里，然后装满含有至关重要的锂的液体电解液--但总共有11个制造步骤。我们的过程需要几个小时，但在像特斯拉的GigaFactory这样的量产工厂，每秒有20个电池从生产线上下来。是时候戴上保护性的绿色橡胶手套，穿上白色的实验室大衣，去混合化学物质了。

1：阳极材料称重

阳极中的电化学活性成分是石墨--它实际上是储存锂离子的成分。它是一种细粉，每个颗粒的直径只有10微米--相当于人类头发的五分之一。在这里，石墨被混合在含有炭黑和乳胶基粘结剂的水基溶剂中制成浆料。

碳使石墨导电，粘结剂是粘合剂，因此在下一阶段它将粘在铜衬板上。制造阴极的过程非常类似，但非常细的镍颗粒只能在戴着加压呼吸面罩的情况下处理，所以不适合我们的参观。

2：阳极混合

这一关键步骤是通过为食品工业设计的混合面包和巧克力的设备来实现的。生产质量的阳极材料混合在数百升的体积中。它需要数小时的混合，以确保粉末、溶剂和粘结剂均匀分布在浆料中。

3：阳极涂层

浆料附着在电导体上，允许锂离子流入/流出石墨，因此它被薄地铺在一张铜板上，大约是一张纸的一半厚度。铜被用作阳极，铝被用作阴极，因为电池中的条件否则将意味着阴极溶解，电池被摧毁。

在生产工厂中，制造阳极的涂层和烘干机可以长达90米。材料只需一分钟就能通过它，以优化干燥过程，这对阳极存储电荷的效率至关重要。

4：压延

这通过轻轻粉碎涂层以增加其密度，最大化了阳极中石墨的电荷存储能力。这一工艺最初是一种纺织品的整理技术。

5：干燥室

如果锂暴露在空气中潮湿，就会发生反应，降低电池的性能，所以最终的生产过程是在相对湿度只有0.5%-阿塔卡马沙漠的十分之一的干燥房间里进行的。这里的工人不得不频繁地补水休息。

6：模切层

铜带和它的石墨涂层被切割成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-7个阳极和8个阴极。每一次切割都是由精密的模切机进行的，以确保每一片都准确地位于隔板/绝缘体之间，并且没有粗糙的边缘-否则电池可能会短路，甚至可能起火。

7：电池组件

每个阳极层必须与隔板和阴极片交错。这是一个由Z-折叠式堆料机自动处理的繁琐过程。我们的牢房在15层之间将有大约一米的隔板。

8：焊接集电体

超声波焊接将阳极层连接在一起形成一个坚固的突片--电流流入/流出电池的连接点。

9：将细胞打包

阳极层被安置在一个由铝化聚合物制成的气密袋中--铝化聚合物是一种更坚固的材料，用于包装咖啡豆等食品。在牢房里，它必须保持15年的气密性；而对于咖啡，只需6个月。袋子的边缘是热密封的，但留有过大的尺寸，以便为以后的加工留出空间。

10：添加电解液

只有2毫升含有六氟磷酸锂(LiPF6)的液体电解液被泵入电池，并将袋子密封在超干真空中，以防止水分与活性和易燃的锂接触。加上电池运行所需的所有其他部件，我们的A7电池大约200克重量中只有4%实际上是锂。

11：形成和老化

这就是科学怪人的时刻，袋子变成了一个正常运作的细胞。一台特殊的钻机反复对电池进行充电和放电，同时对电池的行为进行监控，以进行质量控制。

电解液和阳极之间的初始反应会产生固体电解质界面(SEI)--一层保护层--并在这个过程中释放出气体，这就是为什么之前袋子会变得过大。稍后将对其进行清理和修剪。令人惊讶的是，细胞需要几天的时间才能形成：通常情况下，特斯拉的小细胞可能需要三到四天的时间，但一些较大的囊细胞可能需要惊人的28天。我们较小的A7电池可能需要一到两天的时间才能制造出来。

电池内部有四个主要组件--阳极、阴极、分离器和锂电解液--每个组件都有特定的任务。在正常的不带电状态下，锂原子(由液体电解液提供)储存在阴极上。在充电过程中，施加在电池上的电压将锂原子推离阴极，在阳极收集，此时原子通过失去一个电子而分裂，原子暂时成为锂离子。

狡猾的一点是分隔符。这种位于阳极和阴极之间的多孔聚合物膜只允许锂离子流向阳极。因此，电子必须以相反的方向流动，离开电池，通过充电器，最终到达阳极，在那里它们与离子一起改革，重新生成锂原子。当所有锂原子都聚集在阳极上时，电池就充满了电。然后，分离器防止锂原子回流。

如果没有利基汽车网络、先进推进中心和创新英国的财政支持，这些内容是不可能发生的。然而，Autocar保留了完全的编辑控制权。

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