鋰電池制造工藝的要點介紹

隨著鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池的應用場景不斷擴大，成為人們生活和工作中不可缺少的能源設備。

說到定制鋰電池廠家的生產(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。

目錄：

陰極配料

陽極配料

涂層

陰極片

陽極片

陰極片制備

陽極片制備

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、導電劑、粘結劑等組成。

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

干燥完成后，需要預先配制PVDF膠液（PVDF溶質(zhì)，NMP溶液）。PVDF膠的質(zhì)量對電池的內(nèi)阻和電氣性能至關重要，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)速取決于分散盤的大小。一般情況下，分散盤的線速度為10—15m/s（對設備的依賴性很高）。這時要求攪拌罐打開循環(huán)水，溫度應≤30℃。

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

其次，要嚴格控制設備的公轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。一般情況下，分散線速度應在17m/s以上。這取決于設備的性能。不同廠家差別很大。同時控制攪拌的真空度和溫度。

在這一階段，需要定期檢測漿料的粒度和粘度，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。此時，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間。漿液輸送出來后，需要進行篩分。目的是過濾大顆粒、沉降和去除鐵磁性等物質(zhì)。大顆粒影響鍍層，可能導致電池自放電過度或短路的危險；漿料中過多的鐵磁性物質(zhì)可能導致電池自放電過度等缺陷。

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。

陽極配料

鋰電池正極由活性材料、導電劑、粘結劑和分散劑組成。

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

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

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

將膠液倒入攪拌機中，開始抽真空（≤-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），并運行15min～60min，具體視各廠家濕法工藝而定。最后，將SBR倒入混合器中。

建議低速攪拌，因為丁苯橡膠是長鏈聚合物。如果長時間速度過快，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)實際需要在95℃—120℃之間調(diào)節(jié)，以避免烘烤開裂時出現(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，避免拖尾導致極耳位置過度壓實，導致電池循環(huán)過程中鋰析出。

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

涂布帶示意圖

陰極和陽極涂層極片

陽極涂層

這種鋰電池制造工藝意味著將陽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)實際需要進行調(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，車間陽極溫度≤30℃，濕度≤25%。

陰極片

陰極涂層干燥后，需要在處理時間內(nèi)對準輥。壓路機用于壓緊電極片(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度和較低的回彈率。但是，冷壓工藝相對簡單，易于操作和控制。壓路機的主要設備是達到以下工藝值，壓實密度，回彈率，延伸率。

同時，也要注意沒有脆屑、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，車間環(huán)境溫度：≤23℃，濕度：≤25%。

常規(guī)材料的電流真密度：

常用壓實

反彈率：一般反彈2-3um
延伸率：陰極片的厚度通?！?.002

極片對輥原理圖

在陰極輥完成后，下一步是將整個極片分成相同寬度（對應于電池的高度）的小條。分條時，注意極片的毛刺。借助二維設備對極片的X、Y兩個方向的毛刺進行全面檢測是十分必要的。

縱向毛刺長度加工Y≤1/2H膜片厚度。車間環(huán)境溫度應≤23℃，露點應≤—30℃。

陽極片

正極片的鋰電池制造工藝與負極片的制造工藝是一樣的，只是工藝設計不同。車間的環(huán)境溫度應≤23℃，濕度應≤25%。

常用陽極材料的真密度：

常用陽極壓實
反彈率：一般反彈4-8um
延伸率：陰極片的厚度通?！?.002

鋰電池的陽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。車間環(huán)境溫度應≤23℃，露點應≤—30℃

陰極片制備

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

以** 650 設計（如18650 蓄電池）為例，露極凸耳的設計主要考慮了陰極凸耳與卷槽焊接時的合理配合。如果磁極凸耳暴露時間過長，軋制槽時極凸耳與鋼殼之間容易發(fā)生短路。

如果極耳太短，則無法焊接帽。目前，超聲波焊接頭有直線形和點形兩種，國內(nèi)工藝出于過電流和焊接強度的考慮，多采用直線形。

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

螺旋陰極焊

螺旋陰極接線片封裝

陽極片制備

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

卷

繞線是將隔板、陰極片、陽極片通過繞線機繞成單芯。其原理是用陽極包裹陰極，然后通過隔板將陰極和陽極分開。

由于常規(guī)系統(tǒng)的陽極是電池設計的控制電極，容量設計高于陰極，所以在形成充電時，陰極的鋰離子可以儲存在陽極的“空缺”中。繞線需要特別注意繞線張力和極片對齊。

較小的繞組張力會影響內(nèi)阻和殼的插入率。而過度的張力可能會導致短路或碎片的危險。對準指的是陽極、陰極和隔板的相對位置。陽極寬度為59.5mm，陰極寬度為58mm，隔板寬度為61mm。三者在戲中對齊，避免了短路的風險。

纏繞張力一般在正張力0.08-0.15Mpa，負張力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)整取決于設備和工藝。本車間環(huán)境溫度應≤23℃，露點應≤-30℃，含水率應≤500-1000ppm。

繞組成芯原理圖

炮擊

鐵芯入殼前需進行高壓試驗電壓 200 ～ 500V （以測試是否有高壓電池短路），并進行吸塵處理，進一步控制灰塵進入殼前。

鋰電池的三個主要控制點是濕氣、毛刺和灰塵。前道工序完成后，將下墊插入鐵芯底部，并將陽極片彎曲，使片面朝向鐵芯繞組銷孔，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。

當纏繞芯截面<鋼殼內(nèi)截面面積時，殼體插入率約為97%~98.5%。因為必須考慮極片的回彈值和后期注入過程中液體的滲透程度。

在與表面焊盤相同的過程中，還組裝了頂焊盤。本車間環(huán)境溫度應≤23℃，露點應≤—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。常用焊接銷為Φ2.5×1.6 mm，陽極接頭焊接強度≥12N為合格。

如果太低，容易導致虛焊，內(nèi)阻過高。如果過高，會很容易將鋼殼表面的鎳層焊掉，造成焊點，導致生銹、漏液等隱患。

軋制槽的簡單理解是將纏繞芯固定在殼體中而不發(fā)生振動。在此鋰電池制造過程中，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高的情況下切割外殼，如果縱向速度過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準（通過實際和理論計算）。

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

電芯烘烤

在圓柱形電池單元已經(jīng)被軋制和開槽之后，下一個鋰電池制造過程非常重要：烘焙。在電池的生產(chǎn)過程中，會引入一定量的水分。果不及時將水分控制在標準之內(nèi)，將嚴重影響電池的性能和安全。

一般采用自動真空烘箱進行烘烤。待烘烤的電池片擺放整齊，干燥劑應放入烘箱內(nèi)，并設定好參數(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準：

液體注射

這個鋰電池的制造過程是對烘烤后的電池進行濕度測試。只有在達到之前的烘焙標準后，才能進行下一步：注入電解液。

迅速將烤好的電池放入真空手套箱中，稱重，記錄重量，戴上注液杯，按設計重量加入電解液（一般進行浸液電池測試：將電池放入杯中）。

將電芯放入電解液中，浸泡一段時間，測試電池的最大吸液量（通常按實驗體積注入液體），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。

幾個循環(huán)后，取出電池并稱重。計算噴射量是否滿足設計值。如果它是少的，它將需要補充它。如果比較多，就把多余的倒出來，直到符合設計要求。

手套箱環(huán)境要求溫度≤23℃，露點≤-45℃。

焊接

在這個鋰電池制造過程中，提前把蓋子放進手套箱，用一只手把蓋子固定在超級焊接機的下模上，另一只手握住電芯。

將蓄電池單元的陰極接線片與蓋端子接線片對齊。確認陰極凸耳與帽端凸耳對齊后，步進超聲波焊機。踩在焊機的腳踏開關上。

之后，應對電池單元進行全面檢查，以檢查接片的焊接效果。

觀察標簽是否對齊。

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焊接。

審核編輯：湯梓紅