鋰電池制造工藝的要點(diǎn)介紹

隨著鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池的應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，成為人們生活和工作中不可缺少的能源設(shè)備。

說(shuō)到定制鋰電池廠(chǎng)家的生產(chǎn)工藝，鋰電池生產(chǎn)工藝主要包括配料、涂布、片材、準(zhǔn)備、卷繞、脫殼、軋制、烘烤、注液、焊接等。下面為大家介紹一下鋰電池制造工藝的要點(diǎn)。

目錄：

陰極配料

陽(yáng)極配料

涂層

陰極片

陽(yáng)極片

陰極片制備

陽(yáng)極片制備

卷

炮擊

軋制

電芯烘烤

液體注射

焊接

陰極配料

鋰電池正極由活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等組成。

首先，確認(rèn)并烘烤原材料。一般情況下，導(dǎo)電劑需要在≈120℃下烘烤8小時(shí)，粘結(jié)劑PVDF需要在≈80℃下烘烤8小時(shí)?；钚晕镔|(zhì)（LFP、NCM等）是否需要烘干取決于原料狀態(tài)。目前，一般鋰電池車(chē)間要求溫度≤40℃，濕度≤25%RH。

干燥完成后，需要預(yù)先配制PVDF膠液（PVDF溶質(zhì)，NMP溶液）。PVDF膠的質(zhì)量對(duì)電池的內(nèi)阻和電氣性能至關(guān)重要，而影響施膠的因素包括溫度和攪拌速度。

溫度越高，膠水的泛黃會(huì)影響附著力。如果攪拌速度太高，膠水很容易損壞。比轉(zhuǎn)速取決于分散盤(pán)的大小。一般情況下，分散盤(pán)的線(xiàn)速度為10—15m/s（對(duì)設(shè)備的依賴(lài)性很高）。這時(shí)要求攪拌罐打開(kāi)循環(huán)水，溫度應(yīng)≤30℃。

配料陰極漿料。這時(shí)候就需要注意加料的順序了。先加入活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，慢慢混合，再加入膠水。加料時(shí)間和加料比例也必須根據(jù)鋰電池的制造工藝嚴(yán)格執(zhí)行。

其次，要嚴(yán)格控制設(shè)備的公轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。一般情況下，分散線(xiàn)速度應(yīng)在17m/s以上。這取決于設(shè)備的性能。不同廠(chǎng)家差別很大。同時(shí)控制攪拌的真空度和溫度。

在這一階段，需要定期檢測(cè)漿料的粒度和粘度，而粒度和粘度與固含量、材料性能、加料順序和鋰電池制造工藝密切相關(guān)。此時(shí)，常規(guī)工藝要求溫度≤30℃，濕度≤25%RH，真空度≤0.085 m pa。

將漿料輸送到輸送罐或涂裝車(chē)間。漿液輸送出來(lái)后，需要進(jìn)行篩分。目的是過(guò)濾大顆粒、沉降和去除鐵磁性等物質(zhì)。大顆粒影響鍍層，可能導(dǎo)致電池自放電過(guò)度或短路的危險(xiǎn)；漿料中過(guò)多的鐵磁性物質(zhì)可能導(dǎo)致電池自放電過(guò)度等缺陷。

本鋰電池生產(chǎn)工藝要求：溫度≤40℃，濕度≤25%RH，篩網(wǎng)目數(shù)≤100目，粒徑≤15um。

陽(yáng)極配料

鋰電池正極由活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和分散劑組成。

第一，原材料的確認(rèn)。傳統(tǒng)的陽(yáng)極系統(tǒng)是一種水基混合工藝（溶劑是去離子水），因此對(duì)原材料沒(méi)有特殊的干燥要求。這種鋰電池制造工藝要求去離子水的電導(dǎo)率≤1us/cm。車(chē)間的要求是：溫度≤40℃，濕度≤25%相對(duì)濕度。

準(zhǔn)備膠液。原材料確定后，首先配制膠液（由CMC和水組成）。此時(shí)，將石墨C和導(dǎo)電劑倒入混合器中進(jìn)行干混。

由于干混過(guò)程中顆粒擠壓摩擦和生熱嚴(yán)重，建議不要抽真空和打開(kāi)循環(huán)水。低速為15～20rpm，刮研周期為2～3次，間隔≈15min。

將膠液倒入攪拌機(jī)中，開(kāi)始抽真空（≤-0.09 m pa）。低速刮削循環(huán)15～20轉(zhuǎn)/分為2次，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（低速35轉(zhuǎn)/分，高速1200～1500轉(zhuǎn)/分），并運(yùn)行15min～60min，具體視各廠(chǎng)家濕法工藝而定。最后，將SBR倒入混合器中。

建議低速攪拌，因?yàn)槎”较鹉z是長(zhǎng)鏈聚合物。如果長(zhǎng)時(shí)間速度過(guò)快，分子鏈很容易斷裂而失去活性。建議低速為35—40轉(zhuǎn)/分，高速為1200～1800轉(zhuǎn)/分，為10—20分鐘。

測(cè)試粘度（2000～4000m Pa.s）、粒度（35um≤）、固含量（40～70%）、真空度和篩（≤100目）。具體的工藝值將根據(jù)材料的物理性能和混合工藝而有所不同。車(chē)間要求溫度≤30℃，濕度≤25%RH。

涂層

陰極涂層

這種鋰電池制造工藝是將陰極漿料擠出或噴涂在鋁集流體的AB面上，單面密度≈20～40 mg/cm2(三元鋰電池型），涂層烘箱溫度一般在4—8節(jié)以上，各段烘烤溫度根據(jù)實(shí)際需要在95℃—120℃之間調(diào)節(jié)，以避免烘烤開(kāi)裂時(shí)出現(xiàn)橫向裂紋和溶劑滴落。

轉(zhuǎn)印涂布輥速比為1.1-1.2，間隙位置減薄20-30um，避免拖尾導(dǎo)致極耳位置過(guò)度壓實(shí)，導(dǎo)致電池循環(huán)過(guò)程中鋰析出。

涂層水分≤2000-3000ppm（視材料和工藝而定）。車(chē)間內(nèi)陰極溫度應(yīng)≤30℃，濕度應(yīng)≤25%。原理圖如下：

涂布帶示意圖

陰極和陽(yáng)極涂層極片

陽(yáng)極涂層

這種鋰電池制造工藝意味著將陽(yáng)極漿料擠壓或噴涂在銅集流體的AB表面上。一邊的密度是10～15毫克/平方厘米涂層烘箱的溫度通常為4-8段（或以上），每段的烘箱溫度為80℃～105℃根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)烘烤裂縫和水平裂縫。

轉(zhuǎn)印輥速比為1.2-1.3，間隙減薄10-15um，涂敷速度≤3000ppm，車(chē)間陽(yáng)極溫度≤30℃，濕度≤25%。

陰極片

陰極涂層干燥后，需要在處理時(shí)間內(nèi)對(duì)準(zhǔn)輥。壓路機(jī)用于壓緊電極片(每單位體積的修整質(zhì)量)。目前，鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中有兩種陰極壓片方法：熱壓法和冷壓法。

熱壓具有較高的壓實(shí)度和較低的回彈率。但是，冷壓工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于操作和控制。壓路機(jī)的主要設(shè)備是達(dá)到以下工藝值，壓實(shí)密度，回彈率，延伸率。

同時(shí)，也要注意沒(méi)有脆屑、硬塊、落料、波紋邊緣等現(xiàn)象。在極片表面，間隙中不允許有斷裂。此時(shí)，車(chē)間環(huán)境溫度：≤23℃，濕度：≤25%。

常規(guī)材料的電流真密度：

常用壓實(shí)

反彈率：一般反彈2-3um
延伸率：陰極片的厚度通?！?.002

極片對(duì)輥原理圖

在陰極輥完成后，下一步是將整個(gè)極片分成相同寬度（對(duì)應(yīng)于電池的高度）的小條。分條時(shí)，注意極片的毛刺。借助二維設(shè)備對(duì)極片的X、Y兩個(gè)方向的毛刺進(jìn)行全面檢測(cè)是十分必要的。

縱向毛刺長(zhǎng)度加工Y≤1/2H膜片厚度。車(chē)間環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤—30℃。

陽(yáng)極片

正極片的鋰電池制造工藝與負(fù)極片的制造工藝是一樣的，只是工藝設(shè)計(jì)不同。車(chē)間的環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，濕度應(yīng)≤25%。

常用陽(yáng)極材料的真密度：

常用陽(yáng)極壓實(shí)
反彈率：一般反彈4-8um
延伸率：陰極片的厚度通常≤1.002

鋰電池的陽(yáng)極剝除工藝與陰極剝除工藝相似，X、Y方向的毛刺都需要控制。車(chē)間環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤—30℃

陰極片制備

剝離完成后，需要對(duì)陰極片進(jìn)行干燥（120°C），然后對(duì)鋁片進(jìn)行焊接，并對(duì)鋁片進(jìn)行封裝。在這一過(guò)程中，需要考慮桿耳長(zhǎng)度和成形寬度。

以** 650 設(shè)計(jì)（如18650 蓄電池）為例，露極凸耳的設(shè)計(jì)主要考慮了陰極凸耳與卷槽焊接時(shí)的合理配合。如果磁極凸耳暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，軋制槽時(shí)極凸耳與鋼殼之間容易發(fā)生短路。

如果極耳太短，則無(wú)法焊接帽。目前，超聲波焊接頭有直線(xiàn)形和點(diǎn)形兩種，國(guó)內(nèi)工藝出于過(guò)電流和焊接強(qiáng)度的考慮，多采用直線(xiàn)形。

另外，用高溫膠覆蓋接線(xiàn)片，主要是為了避免金屬毛刺和金屬碎屑造成短路的危險(xiǎn)。車(chē)間的環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤-30℃，陰極水分含量應(yīng)≤500-1000ppm。

螺旋陰極焊

螺旋陰極接線(xiàn)片封裝

陽(yáng)極片制備

陽(yáng)極板需要干燥（105-110°C），然后焊接鎳片并封裝。凸耳長(zhǎng)度和成型寬度也需要考慮。本車(chē)間環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤—30℃，陽(yáng)極的含水率應(yīng)≤500—1000ppm。

卷

繞線(xiàn)是將隔板、陰極片、陽(yáng)極片通過(guò)繞線(xiàn)機(jī)繞成單芯。其原理是用陽(yáng)極包裹陰極，然后通過(guò)隔板將陰極和陽(yáng)極分開(kāi)。

由于常規(guī)系統(tǒng)的陽(yáng)極是電池設(shè)計(jì)的控制電極，容量設(shè)計(jì)高于陰極，所以在形成充電時(shí)，陰極的鋰離子可以?xún)?chǔ)存在陽(yáng)極的“空缺”中。繞線(xiàn)需要特別注意繞線(xiàn)張力和極片對(duì)齊。

較小的繞組張力會(huì)影響內(nèi)阻和殼的插入率。而過(guò)度的張力可能會(huì)導(dǎo)致短路或碎片的危險(xiǎn)。對(duì)準(zhǔn)指的是陽(yáng)極、陰極和隔板的相對(duì)位置。陽(yáng)極寬度為59.5mm，陰極寬度為58mm，隔板寬度為61mm。三者在戲中對(duì)齊，避免了短路的風(fēng)險(xiǎn)。

纏繞張力一般在正張力0.08-0.15Mpa，負(fù)張力0.08 -0.15 M Pa，上隔膜張力0.08 -0.015 M pa，下隔膜張力0.08-0.15Mpa之間。具體的調(diào)整取決于設(shè)備和工藝。本車(chē)間環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤-30℃，含水率應(yīng)≤500-1000ppm。

繞組成芯原理圖

炮擊

鐵芯入殼前需進(jìn)行高壓試驗(yàn)電壓 200 ～ 500V （以測(cè)試是否有高壓電池短路），并進(jìn)行吸塵處理，進(jìn)一步控制灰塵進(jìn)入殼前。

鋰電池的三個(gè)主要控制點(diǎn)是濕氣、毛刺和灰塵。前道工序完成后，將下墊插入鐵芯底部，并將陽(yáng)極片彎曲，使片面朝向鐵芯繞組銷(xiāo)孔，最后垂直插入鋼殼或鋁殼。以18650模型為例，外徑≈18 mm+高度≈71.5mm。

當(dāng)纏繞芯截面<鋼殼內(nèi)截面面積時(shí)，殼體插入率約為97%~98.5%。因?yàn)楸仨毧紤]極片的回彈值和后期注入過(guò)程中液體的滲透程度。

在與表面焊盤(pán)相同的過(guò)程中，還組裝了頂焊盤(pán)。本車(chē)間環(huán)境溫度應(yīng)≤23℃，露點(diǎn)應(yīng)≤—40℃。

炮擊示意圖

軋制

將焊針（通常由銅或合金制成）插入鐵芯的中間。常用焊接銷(xiāo)為Φ2.5×1.6 mm，陽(yáng)極接頭焊接強(qiáng)度≥12N為合格。

如果太低，容易導(dǎo)致虛焊，內(nèi)阻過(guò)高。如果過(guò)高，會(huì)很容易將鋼殼表面的鎳層焊掉，造成焊點(diǎn)，導(dǎo)致生銹、漏液等隱患。

軋制槽的簡(jiǎn)單理解是將纏繞芯固定在殼體中而不發(fā)生振動(dòng)。在此鋰電池制造過(guò)程中，必須特別注意橫向擠壓速度和縱向壓制速度的匹配，以避免在橫向速度過(guò)高的情況下切割外殼，如果縱向速度過(guò)快或影響槽高而影響密封，則槽口鎳層脫落。

有必要檢查槽深、膨脹、槽高的工藝值是否符合標(biāo)準(zhǔn)（通過(guò)實(shí)際和理論計(jì)算）。

常見(jiàn)的滾刀規(guī)格為1.0、1.2和1.5 mm。軋槽完成后，需要再次對(duì)整機(jī)進(jìn)行抽真空，以避免金屬碎屑的產(chǎn)生。真空度≤-0.065 M pa，抽真空時(shí)間為1～2s。要求本車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃，露點(diǎn)≤—40℃。

電芯烘烤

在圓柱形電池單元已經(jīng)被軋制和開(kāi)槽之后，下一個(gè)鋰電池制造過(guò)程非常重要：烘焙。在電池的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)引入一定量的水分。果不及時(shí)將水分控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，將嚴(yán)重影響電池的性能和安全。

一般采用自動(dòng)真空烘箱進(jìn)行烘烤。待烘烤的電池片擺放整齊，干燥劑應(yīng)放入烘箱內(nèi)，并設(shè)定好參數(shù)，升溫至85°C（以磷酸鐵鋰電池為例）。

以下是幾種不同尺寸的電池單元的烘焙標(biāo)準(zhǔn)：

液體注射

這個(gè)鋰電池的制造過(guò)程是對(duì)烘烤后的電池進(jìn)行濕度測(cè)試。只有在達(dá)到之前的烘焙標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)行下一步：注入電解液。

迅速將烤好的電池放入真空手套箱中，稱(chēng)重，記錄重量，戴上注液杯，按設(shè)計(jì)重量加入電解液（一般進(jìn)行浸液電池測(cè)試：將電池放入杯中）。

將電芯放入電解液中，浸泡一段時(shí)間，測(cè)試電池的最大吸液量（通常按實(shí)驗(yàn)體積注入液體），放入真空箱抽真空（真空度≤0.09 M pa），加速電解液向電極的滲透。

幾個(gè)循環(huán)后，取出電池并稱(chēng)重。計(jì)算噴射量是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)值。如果它是少的，它將需要補(bǔ)充它。如果比較多，就把多余的倒出來(lái)，直到符合設(shè)計(jì)要求。

手套箱環(huán)境要求溫度≤23℃，露點(diǎn)≤-45℃。

焊接

在這個(gè)鋰電池制造過(guò)程中，提前把蓋子放進(jìn)手套箱，用一只手把蓋子固定在超級(jí)焊接機(jī)的下模上，另一只手握住電芯。

將蓄電池單元的陰極接線(xiàn)片與蓋端子接線(xiàn)片對(duì)齊。確認(rèn)陰極凸耳與帽端凸耳對(duì)齊后，步進(jìn)超聲波焊機(jī)。踩在焊機(jī)的腳踏開(kāi)關(guān)上。

之后，應(yīng)對(duì)電池單元進(jìn)行全面檢查，以檢查接片的焊接效果。

觀(guān)察標(biāo)簽是否對(duì)齊。

輕輕地拉這些凸耳，看看它們是否松了。

其帽被弱焊接的單元需要再次超級(jí)焊接。

審核編輯：湯梓紅