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锂電池生産,千萬别忽視了這一工藝

日期:2019-09-10 11:29
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摘要:在锂離子電池生産過程中,極片生産完成後,采用卷繞或者疊片方式将正、負極極片和隔膜組裝制造形成基本的電芯。随後,一般會對電芯進行熱壓整形。本文主要簡單介紹熱壓整形工藝的目的與工藝控制要點。

锂電池生産,千萬别忽視了這一工藝

在锂離子電池生産過程中,極片生産完成後,采用卷繞或者疊片方式将正、負極極片和隔膜組裝制造形成基本的電芯。随後,一般會對電芯進行熱壓整形。本文主要簡單介紹熱壓整形工藝的目的與工藝控制要點。

 

一、工藝目的

 

無論在卷繞中或者Z型疊片中,必須對隔膜施加一定的張力,以确保正極片、隔膜、負極片之間的整齊程度,然而工藝過程中的張力會使隔膜在走帶方向被拉長,隔膜在走帶方向的收縮量很大,會使得隔膜嚴重擠壓極片,從而導緻電芯組裝工藝後,特别是繞卷工藝,電芯發生變形,變形後的電芯不僅外觀平整度差,内部還會存在隔膜褶皺等缺陷,如圖1和圖2所示,這會導緻容量低、循環性能差及自放電快等質量問題,尤其是卷繞較厚的電芯,卷繞後的變形問題尤為突出。另外,松散狀态的電芯厚度一緻性也差,會影響電芯入殼工藝,增加入殼工藝的難度,甚至導緻入殼時電芯損傷。  


因此,電芯熱壓整形的主要目的包括:

1)改善锂離子電池的平整度,使電芯厚度滿足要求并具有高的一緻性;

2)消除隔膜褶皺,趕出電芯内部空氣,使隔膜和正負極極片緊密貼個在一起,縮短锂離子擴散距離,降低電池内阻。

 

二、工藝過程

 

為了使锂離子電池電芯能夠在經過整形後平直且避免回縮複原。電芯熱壓整形工藝過程如下:将卷繞或疊片好的電芯放在模闆上,設定增壓缸壓力和模闆溫度,然後上下模闆在一定壓力和溫度作用下使電芯定型,達到電芯厚度一緻,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緻性。 

3  方形電芯熱壓整形裝置

 

對于方形電池,熱壓整形裝置如圖3所示,上下模闆就是平闆,在壓力作用下平闆合模平整電芯。而對于圓柱電池,熱壓整形裝置如圖4所示,固定在底座上産生相向運動的兩汽缸,在兩汽缸活塞杆尾端帶有柱形槽的兩個半圓模,兩半圓模柱形槽的半徑相等且等于或小于預設卷芯半徑。利用機械手或夾具夾持卷芯放置在兩個半圓模的中心位置處,控制兩個汽缸帶動兩半圓模合模相向運動,使得兩個半圓模對卷芯進行擠壓,從而将卷繞整形到預設的尺寸,使之能夠放入與之相匹配的外殼内。 

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,同時對電芯進行絕緣耐電壓測試,檢測電芯内部是否存在微短路。如果電芯内部存在微小金屬異物顆粒,在電芯被壓下狀态,電芯隔膜刺穿,很容易檢測出微短路不合格品。關于電芯絕緣耐電壓測試,之前整理過一篇文章:锂電池電芯絕緣耐電壓測試基礎知識

 

三、工藝要點

 

電芯熱壓整形的主要工藝參數有加壓壓力、加壓時間和模闆溫度。在合适的工藝參數下,厚電芯内部幾乎不存在空氣,隔膜和極片緊密粘合在一起,松散電芯能夠變成硬塊狀态。但是,對于近年來使用的陶瓷隔膜,由于陶瓷層存在,隔膜很難與極片粘合在一起形成這種狀态。在工藝确定試驗中,檢測項目包括隔膜的透氣性、厚度變化電芯厚度是否滿足入殼要求極片是否發生斷裂

 

電池隔膜作為電池的核心部件,發揮了隔離正負極電子傳導、同時允許锂離子在兩極之間的往複通過的關鍵作用,隔膜上的微孔結構正是這些離子往返于正負極的重要通道,它的透氣性能會直接影響到電池的性能,隔膜透氣性是指隔膜在一定的時間壓力下透過的氣體量。如果隔膜的透氣性不好,将影響锂離子在正負極之間的傳遞,繼而影響锂電池的充放電。測試工藝過程:固定電池隔膜,在隔膜一側施加氣壓,計量氣壓壓降和所用時間,檢測隔膜的透氣度,所用時間越短,透氣性越好。在熱壓過程中,隔膜可能被嚴重壓縮,隔膜厚度變化大,導緻微孔被堵塞,肉眼觀察隔膜會變成透明色,這種情況說明熱壓整形對電芯作用超限,會影響锂離子傳輸。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生掉粉甚至斷裂,這會導緻電子傳輸受限,增加電池内阻。因此,電芯熱壓整形也必須避免這種情況發生。這兩個方面要求熱壓整形壓力越小越好,時間越短越好。而另外一方面,熱壓整形又必須使電芯定型,電芯厚度滿足工藝要求,電芯彈性減小,并保證成品電芯厚度的一緻性。因此,壓力,時間和溫度等工藝參數需要優化。