鋰離子電池卷繞過程中的一些關(guān)注焦點(diǎn)和注意事項(xiàng)

典型的鋰離子電池制造流程通?？煞譃槿蠊ば颍ㄈ缦聢D）：電極制造、裝配過程和電芯檢測(cè)，但也有公司將其只劃分為兩大工序：卷繞前工序和卷繞后工序，這一分界點(diǎn)就是卷繞工序，這是因?yàn)榫砝@過程具有很強(qiáng)的集成功能，使電池外觀初露雛形，因此卷繞過程充當(dāng)了鋰離子電池制造過程樞紐的角色，是鋰電池制造過程的關(guān)鍵工序，卷繞工序生產(chǎn)的卷芯通常被稱作裸電芯（Jelly-Roll，簡(jiǎn)稱JR）。

典型的鋰離子電池制造流程

下圖是卷芯卷繞過程示意圖，具體做法是將正極片、負(fù)極片和隔離膜通過卷繞機(jī)的卷針機(jī)構(gòu)卷制在一起，相鄰的正負(fù)極片之間被隔離膜隔絕，避免短路，卷繞完成后，通過收尾膠紙進(jìn)行固定防止卷芯散開，然后流轉(zhuǎn)到下一工序。在這一過程的重中之重就是要確保正負(fù)極之間不發(fā)生物理接觸短路，并且負(fù)極片橫、縱兩個(gè)方向都能完全包覆住正極片。

卷繞過程示意圖

大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，卷芯質(zhì)量對(duì)最終成品電池的電化學(xué)性能和安全性能具有重要影響?；诖?，我們梳理了鋰電池卷繞過程的一些重要的關(guān)注焦點(diǎn)和注意事項(xiàng)，形成了《鋰電池卷繞指南》，期望盡可能規(guī)避卷繞過程中的不正確操作，從而制造出符合質(zhì)量要求的鋰電池。

為了更加直觀地表征卷芯缺陷，可以將卷芯浸入AB膠環(huán)氧樹脂中固化，然后切割截面并用砂紙拋光，最好將制備地樣品放在顯微鏡或掃描電鏡下觀察，從而可以獲取卷芯內(nèi)部缺陷圖譜。

卷芯內(nèi)部缺陷圖譜（圖源：鋰想生活）

(a)圖是合格卷芯，內(nèi)部無明顯缺陷；

(b)圖可以明顯看到極片發(fā)生了扭曲變形，這可能與卷繞張力有關(guān)系，張力過大導(dǎo)致極片褶皺，這種缺陷會(huì)導(dǎo)致電池界面變差，析鋰，從而劣化電池性能；

(c)圖是電極和隔膜之間存在異物，這種缺陷可能導(dǎo)致自放電嚴(yán)重，甚至可能產(chǎn)生安全問題，但在Hi-pot測(cè)試中通?？梢詸z出；

(d)圖電極存在陰陽面的缺陷譜圖，可能導(dǎo)致電池低容或析鋰；

(e)圖電極內(nèi)部混入了粉塵，可能導(dǎo)致電池自放電加劇。

除此之外，卷芯內(nèi)部的缺陷也可以通過無損檢測(cè)表征，如常用的X-ray和CT檢測(cè)，下面簡(jiǎn)單介紹一些常見的卷芯工藝缺陷：

1、極片覆蓋不良

局部地方負(fù)極片沒有完全包覆住正極片，可能導(dǎo)致電池變形和析鋰，產(chǎn)生安全隱患。

2.極片變形

極片受到擠壓而變形，可能引起內(nèi)短路，帶來嚴(yán)重的安全問題。

值得一提的是，2017年轟動(dòng)一時(shí)的三星note7手機(jī)爆炸案調(diào)查結(jié)果正是歸因于電池內(nèi)部負(fù)極片受到了擠壓而造成內(nèi)短路，從而引起了電池爆炸，這一事故導(dǎo)致三星電子損失超60億美元。

3.金屬異物

金屬異物是鋰離子電池的性能殺手，可能來源于漿料、設(shè)備或環(huán)境中，顆粒較大的金屬異物可能直接造成物理短路，而當(dāng)金屬異物混入正極后，會(huì)被氧化然后沉積在負(fù)極表面，刺穿隔膜，最終也會(huì)造成電池內(nèi)短路，帶來嚴(yán)重的安全隱患，常見的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Sn等。