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锂电池加工:电池工序的优劣性

锂电池加工:电池工序的优劣性

来源:
2021/01/08 16:58
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【摘要】:
锂电池负极是锂电池的来源,正极锂电池属于接收一方,在一个理想的电池电解液的锂电池迁移数应该是1。电池是一种能量变换器,它可以将化学能转换为电能,或将电能转化为化学能。它包含正极、负极和电解质。电动势和锂电极化学势之间的区别,下面和大家一起聊聊电池工序的优劣性。

  锂电池负极是锂电池的来源,正极锂电池属于接收一方,在一个理想的电池电解液的锂电池迁移数应该是1。电池是一种能量变换器,它可以将化学能转换为电能,或将电能转化为化学能。它包含正极、负极和电解质。电动势和锂电极化学势之间的区别,下面和大家一起聊聊电池工序的优劣性。

  优点

  锂电池加工,铝塑膜变形空间较大,不像钢壳铝壳电芯那样热失控时候会发生爆炸;壳体是一层铝塑膜,重量轻,非活性部分所占比重小,锂电池加工重量较同等容量的钢壳锂电轻40%,较轻20%;相同尺寸规格相比,容量更大,锂电池加工较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10~15%,较铝壳电池高5~10%;壳体强度低,循环过程中对内部结构出现的机械应力小,对循环寿命有益(当然是在成组设计时没有施加额外的应力的情况下);极耳位置充裕,充放电过程中,热量分布均匀。

  锂电池加工的缺点

  壳体强度低,对成组技术依赖性强;与卷绕生产方式相比,叠片的生产效率相对较低。

  锂电池加工的一般生产流程

  由于外壳是铝塑膜,其生产工艺在一些方面与其它两类商用电池不同。比如铝塑膜的封装工艺,比如化成过程中的整形工艺等。

  锂电池加工封装工序

  铝塑膜成型工序,软包电芯可以根据客户的需求设计成不同的尺寸,当外形尺寸设计好后,就要开具相应的模具,使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑,顾名思义,就是用成型模具在加热的情况下,在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑。

  铝塑膜冲好并裁剪成型后,一般称为Pocket袋。一般在电芯较薄的时候选择冲单坑,在电芯较厚的时候选择冲双坑,因为一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。

  有时候根据设计的要,会在气袋的位置再冲一个小坑,以扩大气袋的体积。

  顶侧封工序,顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。顶侧封实际包含了两个工序,顶封与侧封。首先要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里,然后沿虚线位置将包装膜对折,如下图所示。

  下面这种图是铝塑膜装入卷芯后,要封装的几个位置,包括顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面分别进行介绍。

  把卷芯放到坑中之后,就把整个铝塑膜可以放到夹具中,在顶侧封机里进行顶封与侧封了。顶侧封机是这样子的:

  这种型号的顶侧封机带四个夹具,左边那个工位是顶封,右边那个工位是侧封。那两块黄色的金属是上封头,下面还有一个下封头,封装的时候两个封头带有一定的温度(一般在180℃左右),合拢时压在铝塑膜上,铝塑膜的PP层就熔化然后黏结在一起了,这样就封装OK了。

  还是重要来说说顶封顶封是要封住极耳的,极耳是金属(正极铝,负极镍),怎么跟PP封装到一起呢?这就要靠极耳上的一个小部件极耳胶来完成了。极耳胶具体的结构我不是很清楚,希望有懂行的人来补充。我只了解它也有PP的成本,也就是说在加热时能够熔化黏结。在极耳位的封装见下图中圆圈部分所示。封装时,极耳胶中的PP与铝塑膜的PP层熔化黏结,形成了有效的封装结构。

  注液、预封工序,软包电芯在顶侧封之后,要做X-ray检查其卷芯的平行度,然后就进干燥房除水气去了。在干燥房静置若干时间时候,就进入了注液与预封工序。

  通过上面的介绍我们了解,电芯在顶侧封完成之后,就只剩下气袋那边的一个开口,这个开口就是用来注液的。在注液完成之后,要马上进行气袋边的预封,也叫作一封。一封封装完成后,电芯从理论上来说,内部就是完全与外部环境隔绝了。一封的封装原理与顶侧封相同,这里就不赘述了。

  静置、化成、夹具整形工序,在注液与一封完成后,首先要将电芯进行静置,根据工艺的不同会分为高温静置与常温静置,静置的目的是让注入的电解液充分浸润极片。然后电芯就可以拿去做化成了。

  是软包电芯的化成柜,其实就是一个充放电的装置,我找了好久没有找到带电芯的图片,大家想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成就是对电芯的首次充电,但不会充到使用的最高电压,充电的电流也非常小。

  化成的目的是让电极表面形成稳定的SEI膜,也就是相当于一个把电芯激活的过程。在这个过程中,会出现一定量的气体,这也就是为何铝塑膜要预留一个气袋。有些厂的工艺会使用夹具化成,即把电芯夹在夹具里(有时候图简便就用玻璃板,然后上钢夹子)再上柜化成,这样出现的气体会被充分地挤到旁边的气袋中去,同时化成后的电极界面也更佳。

  在化成后有些电芯,尤其是厚电芯,由于内部应力较大,可能会出现一定的变形。所以某些厂会在化成后设置一个夹具整形的工序,也叫作夹具烘烤。

  二封工序,刚才说了化成过程中会出现气体,所以我们要将气体抽出然后再进行第二次封装。在这里有些公司成为两个工序:排气与二封,还有后面一个剪气袋的工序,这里我就一起笼统的都称为二封了。

  二封时,首先由铡刀将气袋刺破,同时抽真空,这样气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。然后马上二封封头在二封区进行封装,保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋,一个软包电芯就基本成型了。二封是的最后一个封装工序,其原理还是跟前面的热封装相同,不再赘述。