鋰電池廠(chǎng)家生產(chǎn)鋰離子電池不可忽視的一項(xiàng)工藝

鋰電池廠(chǎng)家生產(chǎn)鋰離子電池不可忽視的一項(xiàng)工藝。在鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中，極片生產(chǎn)完成后，采用卷繞或者疊片方式將正、負(fù)極極片和隔膜組裝制造形成基本的電芯。隨后，一般會(huì)對(duì)電芯進(jìn)行熱壓整形。本文主要簡(jiǎn)單介紹熱壓整形工藝的目的與工藝控制要點(diǎn)。

一、工藝目的

無(wú)論在卷繞中或者Z型疊片中，必須對(duì)隔膜施加一定的張力，以確保正極片、隔膜、負(fù)極片之間的整齊程度，然而工藝過(guò)程中的張力會(huì)使隔膜在走帶方向被拉長(zhǎng)，隔膜在走帶方向的收縮量很大，會(huì)使得隔膜嚴(yán)重?cái)D壓極片，從而導(dǎo)致電芯組裝工藝后，特別是繞卷工藝，電芯發(fā)生變形，變形后的電芯不僅外觀(guān)平整度差，內(nèi)部還會(huì)存在隔膜褶皺等缺陷，如圖1和圖2所示，這會(huì)導(dǎo)致容量低、循環(huán)性能差及自放電快等質(zhì)量問(wèn)題，尤其是卷繞較厚的電芯，卷繞后的變形問(wèn)題尤為突出。另外，松散狀態(tài)的電芯厚度一致性也差，會(huì)影響電芯入殼工藝，增加入殼工藝的難度，甚至導(dǎo)致入殼時(shí)電芯損傷。  

因此，電芯熱壓整形的主要目的包括：

（1）改善鋰離子電池的平整度，使電芯厚度滿(mǎn)足要求并具有高的一致性；

（2）消除隔膜褶皺，趕出電芯內(nèi)部空氣，使隔膜和正負(fù)極極片緊密貼個(gè)在一起，縮短鋰離子擴(kuò)散距離，降低電池內(nèi)阻。

二、工藝過(guò)程

為了使鋰離子電池電芯能夠在經(jīng)過(guò)整形后平直且避免回縮復(fù)原。電芯熱壓整形工藝過(guò)程如下：將卷繞或疊片好的電芯放在模板上，設(shè)定增壓缸壓力和模板溫度，然后上下模板在一定壓力和溫度作用下使電芯定型，達(dá)到電芯厚度一致，使電芯彈性減小，降低裝芯合格率并保

證成品電芯厚度的一致性。 

圖3  方形電芯熱壓整形裝置

對(duì)于方形電池，熱壓整形裝置如圖3所示，上下模板就是平板，在壓力作用下平板合模平整電芯。而對(duì)于圓柱電池，熱壓整形裝置如圖4所示，固定在底座上產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)的兩汽缸，在兩汽缸活塞桿尾端帶有柱形槽的兩個(gè)半圓模，兩半圓模柱形槽的半徑相等且等于或小于預(yù)設(shè)卷芯半徑。利用機(jī)械手或夾具夾持卷芯放置在兩個(gè)半圓模的中心位置處，控制兩個(gè)汽缸帶動(dòng)兩半圓模合模相向運(yùn)動(dòng)，使得兩個(gè)半圓模對(duì)卷芯進(jìn)行擠壓，從而將卷繞整形到預(yù)設(shè)的尺寸，使之能夠放入與之相匹配的外殼內(nèi)。 

圖4 圓柱形電池電芯熱壓整形裝置示意圖

一般，在電芯熱壓整形時(shí)，同時(shí)對(duì)電芯進(jìn)行絕緣耐電壓測(cè)試，檢測(cè)電芯內(nèi)部是否存在微短路。如果電芯內(nèi)部存在微小金屬異物顆粒，在電芯被壓下?tīng)顟B(tài)，電芯隔膜刺穿，很容易檢測(cè)出微短路不合格品。關(guān)于電芯絕緣耐電壓測(cè)試，之前整理過(guò)一篇文章：鋰電池電芯絕緣耐電壓測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)（點(diǎn)擊閱讀）。

三、工藝要點(diǎn)

電芯熱壓整形的主要工藝參數(shù)有加壓壓力、加壓時(shí)間和模板溫度。在合適的工藝參數(shù)下，厚電芯內(nèi)部幾乎不存在空氣，隔膜和極片緊密粘合在一起，松散電芯能夠變成硬塊狀態(tài)。但是，對(duì)于近年來(lái)使用的陶瓷隔膜，由于陶瓷層存在，隔膜很難與極片粘合在一起形成這種狀態(tài)。在工藝確定試驗(yàn)中，檢測(cè)項(xiàng)目包括隔膜的透氣性、厚度變化；電芯厚度是否滿(mǎn)足入殼要求；極片是否發(fā)生斷裂等。

電池隔膜作為電池的核心部件，發(fā)揮了隔離正負(fù)極電子傳導(dǎo)、同時(shí)允許鋰離子在兩極之間的往復(fù)通過(guò)的關(guān)鍵作用，隔膜上的微孔結(jié)構(gòu)正是這些離子往返于正負(fù)極的重要通道，它的透氣性能會(huì)直接影響到電池的性能，隔膜透氣性是指隔膜在一定的時(shí)間壓力下透過(guò)的氣體量。如果隔膜的透氣性不好，將影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。測(cè)試工藝過(guò)程為：固定電池隔膜，在隔膜一側(cè)施加氣壓，計(jì)量氣壓壓降和所用時(shí)間，檢測(cè)隔膜的透氣度，所用時(shí)間越短，透氣性越好。在熱壓過(guò)程中，隔膜可能被嚴(yán)重壓縮，隔膜厚度變化大，導(dǎo)致微孔被堵塞，肉眼觀(guān)察隔膜會(huì)變成透明色，這種情況說(shuō)明熱壓整形對(duì)電芯作用超限，會(huì)影響鋰離子傳輸。卷繞電芯如圖2所示，如果極片比較脆，電芯折彎處在熱壓整形中容易發(fā)生掉粉甚至斷裂，這會(huì)導(dǎo)致電子傳輸受限，增加電池內(nèi)阻。因此，電芯熱壓整形也必須避免這種情況發(fā)生。這兩個(gè)方面要求熱壓整形壓力越小越好，時(shí)間越短越好。而另外一方面，熱壓整形又必須使電芯定型，電芯厚度滿(mǎn)足工藝要求，電芯彈性減小，并保證成品電芯厚度的一致性。因此，壓力，時(shí)間和溫度等工藝參數(shù)需要優(yōu)化。

參考資料：

1.章益銘, 蘆超, 汪順輝,等. 電池芯整形裝置:, CN202333067U[P]. 2012.

2.圓柱電池卷芯整形裝置:中國(guó),CN200820092597.7[P].2009-01-21.

3.張正德. 鋰離子軟包裝電池變形研究[D]. 清華大學(xué), 2012.

4.Waldmann et al., JES 161 (10) A1742, 2014

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