鋰電池生產(chǎn)制造流程，凡在新能源領(lǐng)域的從業(yè)人員都能“信手拈來”。但是，簡單的流程能表達出鋰電池制造工藝技術(shù)的種種艱辛嗎？本文為大家介紹主要鋰電池制程管控的要點。

 

一部分 正極配料（正極由活性物、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑組成）

 

 

1、首先是對來料確認(rèn)和烘烤，一般導(dǎo)電劑需≈120℃烘烤8h，粘結(jié)劑PVDF需≈80℃烘烤8h，活性物（LFP、NCM等）視來料狀態(tài)和工藝而定是否需要烘烤干燥。當(dāng)前車間要求溫度:≤40℃，濕度:≤25%RH。

 

2、干燥完成后，（濕法工藝）需要提前配好PVDF膠液（溶質(zhì)PVDF，溶液NMP）。PVDF膠液好壞對電池的內(nèi)阻、電性能影響至關(guān)重要。影響打膠的因素有溫度、攪拌速度。溫度越高膠液配出來泛黃，影響粘結(jié)性；攪拌的速度太高容易將膠液打壞，具體的轉(zhuǎn)速需要看分散盤的大小而定，一般情況下分散盤線速度在10-15m/s（對設(shè)備依賴性較高）。此時要求攪拌罐需要開啟循環(huán)水，溫度:≤30℃.

 

3、接下來是配正極漿料。此時需要注意加料的順序（先加活性物和導(dǎo)電劑慢攪混合、再加入膠液）、加料時間、加料比例，要嚴(yán)格按工藝執(zhí)行。其次需要嚴(yán)格控制設(shè)備公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)速度（一般分散線速度要在17m/s以上具體要看設(shè)備性能，不同廠家差別很大），攪拌的真空度、溫度。在此階段需要定期檢測漿料的粒度和粘度，而粒度和粘度跟固含量、材料性能、加料順序和制程工藝關(guān)系緊密（此次不敘述，歡迎討論）。此時常規(guī)工藝要求溫度:≤30℃，濕度:≤25%RH，真空度≤-0.085mpa。

 

4、漿料配完后就要將漿料轉(zhuǎn)出至中轉(zhuǎn)罐或涂布車間，漿料轉(zhuǎn)出時需要對其過篩，目的就是過濾大顆粒物、沉淀和去除鐵磁性等物質(zhì)。大顆粒影響涂布到最后可能導(dǎo)致電池自放過大或短路的風(fēng)險；漿料鐵磁性物質(zhì)過高會導(dǎo)致電池自放電過大等不良。此時的工藝要求是溫度:≤40℃，濕度:≤25%RH，篩網(wǎng)≤100目，粒度≤15um（參數(shù)僅供參考）。

 

二部分 負極配料（負極由活性物、導(dǎo)電劑、粘結(jié)膠、分散劑組成）

 

1、常規(guī)負極體系為水系混料過程（溶劑為去離子水），因此來料無需干燥要求。此過程要求去離子水導(dǎo)電率在≤1us/cm。車間要求溫度:≤40℃，濕度:≤25%RH。

 

工藝示意圖如下

 

負極配料流程圖

 

2、來料確認(rèn)完成后，首先制備膠液（CMC和水組成）。此時石墨C和導(dǎo)電劑倒入攪拌機進行干混，建議不抽真空，開啟循環(huán)水（干混時顆粒擠壓摩擦產(chǎn)熱嚴(yán)重）,低速15～20rpm，間隔≈15min刮料循環(huán)2-3次。接下來將膠液倒入攪拌機中開啟抽真空（≤-0.09mpa），低速15～20rpm刮料循環(huán)2次，再調(diào)整轉(zhuǎn)速（低速35rpm，高速1200～1500rpm）,運行15min～60min（具體依各廠家的自身的濕法工藝而定）。最后將SBR倒入攪拌機中，建議此時快速低時攪拌（SBR屬于長鏈高分子物，速度過高時間過長分子鏈易打斷失去活性），建議低速35-40rpm，高速1200～1800rpm，10-20min。

 

3、最后測粘度（2000～4000 mPa.s）、粒度（35um≤）、固含量（40-70%），抽真空過篩（≤100目）。具體的工藝值需要根據(jù)材料物性、混料工藝等影響有一定差異。車間要求溫度:≤30℃，濕度:≤25%RH。

 

三部分 涂布

 

1、正極涂布即將正極漿料擠壓涂或噴涂在鋁集流體AB面上，單面密度≈20～40 mg/cm2（NCM功率型），涂布烤箱溫度常規(guī)4-8節(jié)（或更多），每節(jié)烘烤溫度95℃～120℃按實際需要調(diào)整，避免烘烤開裂出現(xiàn)橫向裂紋和滴溶劑現(xiàn)象。轉(zhuǎn)移涂布輥速比1.1-1.2，間隙位打薄20-30um（避免拖尾導(dǎo)致在極耳位壓實過大，電池循環(huán)過程析鋰），涂布水份≤2000-3000ppm（具體要根據(jù)材料和工藝定）。車間正極溫度≤30℃，濕度≤25%。示意圖如下

 

 

涂布走帶示意圖

 

正負涂布極片圖

 

2、負極涂布即將負極漿料擠壓涂或噴涂在銅集流體AB面上，單面密度≈10～15 mg/cm2，涂布烤箱溫度常規(guī)4-8節(jié)（或更多），每節(jié)烘烤溫度80℃～105℃按實際需要調(diào)整，避免烘烤開裂出現(xiàn)橫向裂紋。轉(zhuǎn)移輥速比1.2-1.3，間隙位打薄10-15um，涂布水份≤3000ppm，車間負極溫度≤30℃，濕度≤25%。

 

四部分 正極制片

 

1、正極涂布干燥完，需要在工藝時間內(nèi)進行對輥。對輥即對極片進行壓實，目前有熱壓和冷壓兩種工藝。熱壓壓實相對冷壓高，反彈率較低；但冷壓工藝相對簡單易操作控制。對輥主要設(shè)備到如下工藝值，壓實密度、反彈率、延伸率。同時要注意極片表面無脆片、硬塊、掉料、波浪邊等現(xiàn)象且間隙處不允許斷裂。此時車間環(huán)境溫度:≤23℃，濕度:≤25%。

 

壓實：單位體積敷料的質(zhì)量，目前常規(guī)物料的真密度數(shù)據(jù)

 

 

常用壓實表

 

反彈率：一般反彈2-3um

 

延伸率：正極極片一般在≈1.002

 

 

極片對輥示意圖

 

2、正極對輥完接下來就是分條，即將整片極片分裁剪寬度一樣的小條（對應(yīng)電池高度），分條要注意極片的毛刺，需要全檢極片的X和Y向的毛刺（借助二次元設(shè)備），縱向毛刺長度工藝Y≤1/2 H隔膜厚度。車間環(huán)境溫度≤23℃露點≤-30℃

 

 

分切示意圖

 

五部分 負極制片

 

1、負極制片與正極同樣操作，但工藝設(shè)計不同，車間環(huán)境溫度:≤23℃，濕度:≤25%。常見負極物質(zhì)的真密度

 

 

常用負極壓實表

 

反彈率：一般在4-8um

 

延伸率：一般在≈1.0012

 

2、負極分條與正極分條工藝類似，X和Y向毛刺都需要控制。車間環(huán)境溫度≤23℃露點≤-30℃

 

六部分 正極片制備

 

分條完畢后，需對正極片進行干燥處理（120℃），再就是焊接鋁極耳和極耳包膠工藝。此時需要考慮極耳長度和整形寬度。

 

以**650型設(shè)計為例，設(shè)計極耳外露主要考慮到正極耳要焊接蓋帽和滾槽時合理配合。極耳外露過長，滾槽時易使極耳與鋼殼短路；過短極耳無法焊接蓋帽。極目前超聲焊頭有線狀和點狀，國內(nèi)工藝較多采用線狀（過流、焊強考慮）。另采用高溫膠將極耳包覆，主要考慮到金屬毛刺和金屬碎屑造成短路風(fēng)險。此車間環(huán)境溫度≤23℃，露點≤-30℃，正極水份含量≤500-1000ppm。

 

 

18650型正極耳焊接簡易工藝

 

卷繞型正極耳焊接示意圖

 

卷繞型正極耳包膠示意圖

 

七部分 負極片制備

 

需對負極片進行干燥處理（105-110℃），再就是焊接鎳極耳和極耳包膠工藝。也需要考慮極耳長度和整形寬度。此車間環(huán)境溫度≤23℃，露點≤-30℃，負極水分含量≤500-1000ppm。

 

 

18650型負極耳焊接簡易工藝

 

八部分 卷繞

 

卷繞就是將隔膜、正極片、負極片通過卷繞機成單個卷芯。原理是采用負極包住正極，再通過隔膜將正負極片隔離。因為常規(guī)體系負極作為電池設(shè)計的控制電極，容量設(shè)計高于正極，使在化成充電時正極的Li+能在負極“空位“存放。卷繞需要特別關(guān)注卷繞張力和極片對齊度。

 

卷繞張力小，會影響內(nèi)阻和入殼率；張力過大易造成短路或斷片風(fēng)險。對齊度指負極、正極和隔膜的相對位置，負極寬度59.5mm，正極58mm，隔膜61mm，三者劇中對齊，避免短路風(fēng)險。卷繞張力一般在正張力0.08-0.15Mpa，負張力0.08-0.15Mpa，上隔膜張力0.08-0.15Mpa，下隔膜張力0.08-0.15Mpa，具體要依據(jù)設(shè)備和工藝調(diào)整。此車間環(huán)境溫度≤23℃，露點≤-30℃，水分含量≤500-1000ppm。

 

 

卷繞極片隔膜疊放順序示意圖

 

卷繞成卷芯示意圖

 

九部分 入殼

 

卷芯入殼前需要進行Hi-Pot測試電壓200～500V（測試是否存在高壓短路），吸塵處理（入殼前進一步控制粉塵）。這里需要強調(diào)鋰電的三大控制點水分、毛刺、粉塵。前面工序完成后，將下面墊墊入卷芯底部后彎折負極耳，使極耳面正對卷芯卷針孔，最后垂直插入鋼殼或鋁殼（以18650型號為例，外直徑≈18mm+高度≈71.5mm）。當(dāng)然卷芯的橫截面積 < 鋼殼內(nèi)截面積，大約入殼率在97%～98.5%，因為要考慮到極片反彈值和后期注液時下液程度。同入面墊工序，將上面墊也裝配完成。此車間環(huán)境溫度≤23℃，露點≤-40℃。

 

 

入殼示意圖

 

十部分 滾槽

 

1、將焊針（一般是銅質(zhì)或合金材質(zhì)），插入卷芯中間孔。常用焊針規(guī)格在Φ2.5*1.6mm，達到負極極耳焊接強度≥12N為合格，過低容易虛焊，內(nèi)阻偏大；過高容易將鋼殼表面的鎳層焊掉，導(dǎo)致焊點處生銹露液等隱患。

 

2、滾槽簡單理解就是將卷芯固定在殼體內(nèi)不晃動。此工序需特別注意橫向擠壓速度和縱向下壓速度匹配，避免橫向速度過大將殼體割破，縱向速度過快槽口鎳層脫落或影響槽高進行影響封口。需要檢測槽深、擴口、槽高工藝值是否達標(biāo)（通過實際和理論計算）。常見的滾刀規(guī)格有1.0、1.2、1.5mm。滾槽完成后需要再次對整體吸塵處理，避免金屬碎屑，真空度≤-0.065Mpa，吸塵時間：1～2s 。此車間環(huán)境溫度≤23℃，露點≤-40℃。

 

 

點底焊和滾曹示意圖

 

十一部分  電芯烘烤

 

圓柱電芯經(jīng)過滾槽之后，接下就是非常重要的一步：烘烤。電芯在制作過程中，會帶入一定的水分，如果不及時得把水分控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，將會嚴(yán)重影響電池性能的發(fā)揮和安全性能。一般采用自動真空烤箱進行烘烤，整齊放入待烘烤電芯，在烘箱里面擺好干燥劑，設(shè)置參數(shù)，加熱升溫至85℃（以磷酸鐵鋰電芯舉例），需要經(jīng)過幾個真空干燥循環(huán)才能達到標(biāo)準(zhǔn)。

 

幾種不同尺寸電芯烘烤標(biāo)準(zhǔn)：

 

 

十二部分  注液

 

將烘烤好的電芯進行水分測試，符合前面的烘烤標(biāo)準(zhǔn)后，才能進行下一步：注入電解液。將烘烤合格的電芯快速放入真空手套箱內(nèi)，進行稱重，記錄重量，套上注液套杯，將設(shè)計好重量的電解液加入套杯中（一般會進行泡液實驗：將電芯放入電解液中，浸泡一段時間，測試電芯最大吸液量，一般按實驗量進行注液），放入真空箱中抽真空（真空度≤-0.09Mpa)，加速電解液侵潤極片，進行幾次循環(huán)后，取出電芯進行稱重，計算注液量是不是符合設(shè)計值，少了需要進行補液，超了需要倒掉多余部分，直到符合設(shè)計要求。手套箱環(huán)境：溫度≤23℃，露點≤-45℃。

 

 

十三部分  超焊蓋帽

 

提前將蓋帽放入手套箱中，一手將蓋帽緊扣在超焊機下模具，一手拿電芯，電芯正極耳與蓋帽極耳對齊，確認(rèn)正極耳與蓋帽極耳對齊OK后，踩下超焊機腳踏板開關(guān)。之后需要全檢電芯：自檢極耳焊接效果①觀察極耳是否對齊②輕拉極耳，看極耳是否松開。超焊蓋帽虛焊的電芯需要重新進行超焊。

 

超焊機設(shè)備參數(shù)經(jīng)驗值：