充电机充电锂电池关键生产工艺及控制因素
2018-8-16 11:36:48 点击:
1.搅拌(Mixing)
也可以称为混料、匀浆、制浆、配料等等。通过一定的加料顺序、搅拌工艺、真空控制、温度控制等条件,将正负极活物质、导电剂、粘结剂、溶剂等关键组分制备成具有一定粘度要求、粒径要求的非牛顿流体(non-Newtonian liquids)的过程。需要控制的浆料性质是具有好的流动性,粘度、粒度符合涂布要求。
2.涂布(Coating)
有的公司称为涂覆。涂布是将搅拌完成的浆料均匀涂覆在集流体上,经过烘干制成极片的过程。涂布的方式有连续涂布、间歇涂布。充电机充电锂离子电池浆料涂布的方式主要有刮刀直涂、刮刀辊涂、条缝式挤压涂,涂布产品的控制参数是面密度、粘结性、含水率等。
3.辊压(Pressing)
辊压是指将涂布完成的产品经过一定间隙下、一定压力下的两个钢辊,将极片压实到指定厚度的过程。辊压的影响因素有进料角度、间隙值、压力值、辊压速度、收放卷张力、极片温度等。辊压的目的是将疏松多孔的电极进一步压实,减少物质间接触电阻,提高一定充电机充电电池体积内的充电机充电电池容量,同时不能过压以保证电解液对极片的浸润效果。
4、分切(Slitting)
分切也叫分条,涂布完成的极片幅宽大,要将极片分切成多条。分切产品主要受切刀质量、切刀角度以及张力的影响。
5.极耳成型(Tab Forming)
通过控制设备的上、下刀模之间的啮合对极片进行剪切,使极片按照设计尺寸要求形成极耳的过程。
6.电极缺陷(Electrode Defects)
电极缺陷产生于极片生产中各阶段,涂布中易产生头厚、尾薄、厚边、露箔、面密度不稳、横纵条纹、干料、针眼缩孔、白斑、麻点、异物等,具体原因具体分析。辊压极片缺陷主要有收卷不齐、皱边、厚度反弹、掉料粘辊、颗粒、厚度不稳等。极片分切的缺陷有波浪边、毛刺、卷边、掉料等等。
7.卷绕(Winding)
卷绕是电芯的一种组成方式,适用于圆柱电池、方形电池以及软包充电机充电电池。通过控制设备的速度、张力、尺寸、偏差等因素,将分条后尺寸相匹配的负极极片、正极极片及隔膜卷成裸电芯的过程。卷绕的要点是隔膜包正负极,同时负极极片要包裹正极极片。这就要求负极极片不能露箔,露箔后会造成极片局部析锂刺穿隔膜,引起短路。
8.叠片(Lamination)
叠片式电芯的另外一种组成方式,适用于方形及软包充电机充电锂离子电池。通过控制设备将冲片后的负极极片、正极极片及隔膜堆叠成裸电芯的过程。同样还是要求隔膜包正负极,负极极片要包裹正极极片。
9.热压(Hot Pressing)
热压也叫整形,卷绕后的电芯处于鼓起状态,不利于入壳和电解液的浸润,需要将其热压以促进极片、隔膜间的接触,同时减小体积、防止正负极极片的错位。热压的影响因素有压力、温度、时间等,一般选择60~80℃热压。
10.真空烘烤(Vacuum Baking)
真空烘烤分为极片烘烤和电芯烘烤,都是为了控制电芯的水分。水分对于充电机充电锂电池来说可以是致命的,水分与电解液接触后,形成的氢氟酸对充电机充电电池有巨大的损坏,生成的气体也会造成充电机充电电池鼓包等。烘烤效率受真空度、烘干温度、时间影响,通过调整烘烤工艺尽量在低能耗的情况下高效烘干。
11.极耳焊接(Tab Welding)
无论是卷绕还是叠片方式,都需要进行极耳与集流体的焊接。将正负极极耳焊接在集流体位置处,要保证焊接的强度,防止极耳脱落。极耳焊接方式一般选用超声焊接方式,其原理是在辅助加压的情况下,通过焊头、焊座将高频振动波传递到两个待焊接的物体,两个待焊接接触面相互摩擦,分子相互扩散而形成分子熔合焊接到一起。超声焊接强度受焊接压力、振幅、频率、时间、焊机稳定性、焊头质量、工装、材料硬度等影响。
12.封装(Packaging)
封装形式主要有金属壳封装和铝塑膜封装两种,金属壳包括钢壳、铝壳,适用于圆柱电池和方形电池,铝塑膜封装适用于软包充电机充电电池。对于18650圆柱电池来说,封装步骤是将卷绕完后卷芯放入钢壳再进行点底焊、滚槽、注液后,再进行激光焊盖帽最后机械封口。对于方形电池来说,封装步骤是入壳后进行激光焊接封口,再注液孔注液完成后,完成最终的密封。软包充电机充电电池封装的不同之处在于采用铝塑膜封装,铝塑膜由三层物质组成,PP层、铝层以及尼龙层。封装的关键是将PP层融化后相互粘结到一起,热封主要受到温度、热封时间、热封压力的影响,要保证无热封不良、不过封等。对于有极耳处的顶封要特别注意,既要保证铝塑膜PP层与极耳外表面的PP层粘结、密封良好,又要保证非极耳区铝塑膜PP层面对面的粘结、密封良好。此外,与金属外壳充电机充电电池相比,铝塑膜软包充电机充电电池在热封之后需要包覆一层保护膜,防止外界物质对铝塑膜的划伤。
13.气密性检测(Leakage Test)
通过负压检测方法或氦气检测方法,检测充电机充电电池是否存在泄漏的过程。气密性检测是非常有必要的,密封不良的充电机充电电池将会引入水分、杂质等造成充电机充电电池中与电解液的副反应,引起充电机充电电池报废。
14.注液(Electrolyte Injection)
电解液是锂离子在充电机充电电池内部移动的通道,主要由溶质和溶剂组成。溶质是六氟磷酸锂,溶剂一般选用三种或多种溶剂配合使用,如EC/DMC/DEC等。注液过程就是将电解液注入电芯内部,控制的参数主要有电解液量、注入压力、时间等。
15.化成(Formation)
化成就是对注液封口后的充电机充电电池进行第一次充放电。化成的目的主要有两个:一充电机充电电池制作完成后,电极材料并不是处在最佳适用状态,或者物理性质不合适(例如颗粒太大,接触不紧密等),或者物相本身不对(例如一些合金机理的金属氧化物负极),需要进行首次充放电对其激活。二是充电机充电锂电池首次充放电,电子通过外部路径到达石墨负极表面,与电解液溶剂、锂离子发生反应形成固态电解质膜(SEI),SEI对于充电机充电锂电池的性能有重要的影响。化成工艺对充电机充电电池性能影响极大,因为充放电流大小、时间等因素对于充电机充电电池中高质量的SEI形成、产气量大小、电阻大小等关键参数有很大影响。
16.老化(Aging)
老化一般就是指充电机充电电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置,可以有常温老化也可有高温老化,两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定,保证充电机充电电池电化学性能的稳定性。
老化完成之后,对充电机充电电池进行最后分容,经过电阻、压降等检测合格后可以出厂。
也可以称为混料、匀浆、制浆、配料等等。通过一定的加料顺序、搅拌工艺、真空控制、温度控制等条件,将正负极活物质、导电剂、粘结剂、溶剂等关键组分制备成具有一定粘度要求、粒径要求的非牛顿流体(non-Newtonian liquids)的过程。需要控制的浆料性质是具有好的流动性,粘度、粒度符合涂布要求。
2.涂布(Coating)
有的公司称为涂覆。涂布是将搅拌完成的浆料均匀涂覆在集流体上,经过烘干制成极片的过程。涂布的方式有连续涂布、间歇涂布。充电机充电锂离子电池浆料涂布的方式主要有刮刀直涂、刮刀辊涂、条缝式挤压涂,涂布产品的控制参数是面密度、粘结性、含水率等。
3.辊压(Pressing)
辊压是指将涂布完成的产品经过一定间隙下、一定压力下的两个钢辊,将极片压实到指定厚度的过程。辊压的影响因素有进料角度、间隙值、压力值、辊压速度、收放卷张力、极片温度等。辊压的目的是将疏松多孔的电极进一步压实,减少物质间接触电阻,提高一定充电机充电电池体积内的充电机充电电池容量,同时不能过压以保证电解液对极片的浸润效果。
4、分切(Slitting)
分切也叫分条,涂布完成的极片幅宽大,要将极片分切成多条。分切产品主要受切刀质量、切刀角度以及张力的影响。
5.极耳成型(Tab Forming)
通过控制设备的上、下刀模之间的啮合对极片进行剪切,使极片按照设计尺寸要求形成极耳的过程。
6.电极缺陷(Electrode Defects)
电极缺陷产生于极片生产中各阶段,涂布中易产生头厚、尾薄、厚边、露箔、面密度不稳、横纵条纹、干料、针眼缩孔、白斑、麻点、异物等,具体原因具体分析。辊压极片缺陷主要有收卷不齐、皱边、厚度反弹、掉料粘辊、颗粒、厚度不稳等。极片分切的缺陷有波浪边、毛刺、卷边、掉料等等。
7.卷绕(Winding)
卷绕是电芯的一种组成方式,适用于圆柱电池、方形电池以及软包充电机充电电池。通过控制设备的速度、张力、尺寸、偏差等因素,将分条后尺寸相匹配的负极极片、正极极片及隔膜卷成裸电芯的过程。卷绕的要点是隔膜包正负极,同时负极极片要包裹正极极片。这就要求负极极片不能露箔,露箔后会造成极片局部析锂刺穿隔膜,引起短路。
8.叠片(Lamination)
叠片式电芯的另外一种组成方式,适用于方形及软包充电机充电锂离子电池。通过控制设备将冲片后的负极极片、正极极片及隔膜堆叠成裸电芯的过程。同样还是要求隔膜包正负极,负极极片要包裹正极极片。
9.热压(Hot Pressing)
热压也叫整形,卷绕后的电芯处于鼓起状态,不利于入壳和电解液的浸润,需要将其热压以促进极片、隔膜间的接触,同时减小体积、防止正负极极片的错位。热压的影响因素有压力、温度、时间等,一般选择60~80℃热压。
10.真空烘烤(Vacuum Baking)
真空烘烤分为极片烘烤和电芯烘烤,都是为了控制电芯的水分。水分对于充电机充电锂电池来说可以是致命的,水分与电解液接触后,形成的氢氟酸对充电机充电电池有巨大的损坏,生成的气体也会造成充电机充电电池鼓包等。烘烤效率受真空度、烘干温度、时间影响,通过调整烘烤工艺尽量在低能耗的情况下高效烘干。
11.极耳焊接(Tab Welding)
无论是卷绕还是叠片方式,都需要进行极耳与集流体的焊接。将正负极极耳焊接在集流体位置处,要保证焊接的强度,防止极耳脱落。极耳焊接方式一般选用超声焊接方式,其原理是在辅助加压的情况下,通过焊头、焊座将高频振动波传递到两个待焊接的物体,两个待焊接接触面相互摩擦,分子相互扩散而形成分子熔合焊接到一起。超声焊接强度受焊接压力、振幅、频率、时间、焊机稳定性、焊头质量、工装、材料硬度等影响。
12.封装(Packaging)
封装形式主要有金属壳封装和铝塑膜封装两种,金属壳包括钢壳、铝壳,适用于圆柱电池和方形电池,铝塑膜封装适用于软包充电机充电电池。对于18650圆柱电池来说,封装步骤是将卷绕完后卷芯放入钢壳再进行点底焊、滚槽、注液后,再进行激光焊盖帽最后机械封口。对于方形电池来说,封装步骤是入壳后进行激光焊接封口,再注液孔注液完成后,完成最终的密封。软包充电机充电电池封装的不同之处在于采用铝塑膜封装,铝塑膜由三层物质组成,PP层、铝层以及尼龙层。封装的关键是将PP层融化后相互粘结到一起,热封主要受到温度、热封时间、热封压力的影响,要保证无热封不良、不过封等。对于有极耳处的顶封要特别注意,既要保证铝塑膜PP层与极耳外表面的PP层粘结、密封良好,又要保证非极耳区铝塑膜PP层面对面的粘结、密封良好。此外,与金属外壳充电机充电电池相比,铝塑膜软包充电机充电电池在热封之后需要包覆一层保护膜,防止外界物质对铝塑膜的划伤。
13.气密性检测(Leakage Test)
通过负压检测方法或氦气检测方法,检测充电机充电电池是否存在泄漏的过程。气密性检测是非常有必要的,密封不良的充电机充电电池将会引入水分、杂质等造成充电机充电电池中与电解液的副反应,引起充电机充电电池报废。
14.注液(Electrolyte Injection)
电解液是锂离子在充电机充电电池内部移动的通道,主要由溶质和溶剂组成。溶质是六氟磷酸锂,溶剂一般选用三种或多种溶剂配合使用,如EC/DMC/DEC等。注液过程就是将电解液注入电芯内部,控制的参数主要有电解液量、注入压力、时间等。
15.化成(Formation)
化成就是对注液封口后的充电机充电电池进行第一次充放电。化成的目的主要有两个:一充电机充电电池制作完成后,电极材料并不是处在最佳适用状态,或者物理性质不合适(例如颗粒太大,接触不紧密等),或者物相本身不对(例如一些合金机理的金属氧化物负极),需要进行首次充放电对其激活。二是充电机充电锂电池首次充放电,电子通过外部路径到达石墨负极表面,与电解液溶剂、锂离子发生反应形成固态电解质膜(SEI),SEI对于充电机充电锂电池的性能有重要的影响。化成工艺对充电机充电电池性能影响极大,因为充放电流大小、时间等因素对于充电机充电电池中高质量的SEI形成、产气量大小、电阻大小等关键参数有很大影响。
16.老化(Aging)
老化一般就是指充电机充电电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置,可以有常温老化也可有高温老化,两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定,保证充电机充电电池电化学性能的稳定性。
老化完成之后,对充电机充电电池进行最后分容,经过电阻、压降等检测合格后可以出厂。
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