作為電動汽車的“心臟”，動力電池的性能決定了整車的續(xù)航里程、充電時間、功率以及速度等關(guān)鍵性能。

        隨著技術(shù)不斷發(fā)展，電池的各種全新制造工藝和技術(shù)層出不窮，今天我們就來看一看，鋰電池的詳細制作工藝。
首先，鋰電池制作可分為正極配料、負極配料、涂布、正極制片、負極制片、正極片制備、負極片制備、卷繞、入殼、滾槽、電芯烘烤、注液、超焊蓋帽共13大步驟。

        一、正極配料

           鋰電池的正極材料由活性物、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑組成，其具體制作流程如下：

           ① 來料確認&烘烤

           一般導(dǎo)電劑需大約120℃烘烤8小時，粘結(jié)劑PVDF則需約80℃烘烤8小時，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 配置PVDF膠液

           如果采用濕法工藝，則需要提前配好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，膠液配出容易泛黃，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 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，要嚴格按工藝執(zhí)行。
           其次需要嚴格控制設(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。此時常規(guī)工藝要求溫度≤30℃、濕度≤25%RH、真空度≤-0.085MPa。
           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、負極配料

            負極和正極相似，除了活性物、導(dǎo)電劑、粘接劑以外，還需要分散劑。

           ① 來料確認

           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。

            具體的工藝示意圖如下：

           ② 制備膠液

           料確認完成后，首先制備膠液。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)熱嚴重），低速15-20rpm，間隔15分鐘刮料循環(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15-60分鐘（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，10-20分鐘。

           ③ 粘度測量 

           參考數(shù)值如下：粘度2000-4000m Pa.s、粒度≤35μm、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、涂布

          ① 正極涂布

          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)材料和工藝而定）。車間正極溫度≤30℃，濕度≤25%。

          ② 負極涂布

          將負極漿料擠壓涂或噴涂在銅集流體AB面上，單面密度約10-15mg/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、 正極制片

           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；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)：

         反彈率：一般反彈2-3μm；     延伸率：正極極片一般在1.002左右。

          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℃。

           五、負極制片

          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：

            反彈率：一般在4-8μm左右；延伸率：一般在1.0012左右。
           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、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。
            以某鋰電池設(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。

          七、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。

           八、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，三者居中對齊，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、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（以某型號為例，外直徑約為18mm，高度約為71.5mm）。
          當(dāng)然卷芯的橫截面積要小于鋼殼內(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℃。

         十、滾槽

         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。
          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℃。

點底焊和滾槽示意圖

           十一、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)。

          十二、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、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，首先是觀察極耳是否對齊；其次是輕拉極耳，看極耳是否松開。超焊蓋帽虛焊的電芯需要重新進行超焊。

END

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