软包电池制备
2023-05-31
软包电池主要由正负电极、电解液、隔膜、铝塑膜组成。两头凸起的地方为极耳(分单侧极耳、双侧极耳),根据客户的要求可设计不同尺寸的电池。
生产过程包括:
极片制备工序:配料制浆、涂布、烘烤、辊压、分切;
组装工序:模切、烘烤、叠片、焊接、X-Ray、封装、注液;
化成工序:静置1、夹具化成(PPC)、静置2、抽气封口、静置3、充放电、OCV2、静置4、OCV3、折边烫边、喷码、外观终检。
一、极片制备工序
配料制浆:将主材、添加剂、导电剂按照一定比例混合,并加入溶剂(正极PVDF+NMP负极:CMCNa+SBR),使之搅拌成为均匀浆料的过程,不同电池厂家主材物料配方都不同。在制浆过程中,加料顺序、比例、搅拌工艺对浆料效果有着极大的影响。制浆结束后需测试浆料的固含量、黏度、细度等,满足浆料性能要求时才能进行涂布。
涂布:制好的浆料均匀涂布在铝箔、铜箔上再烘干的过程。涂布是极片制造的核心工序,决定着电池性能。涂布后极片表面要求平整、颜色均一;表面无颗粒异物、露箔、划痕、压印等异常。
辊压:是正负极材料压实的过程,辊压目的于增加正负极材料的压实密度。原理是通过轧辊与极片间的摩擦力将极片拉进旋转的轧辊,使极片受压变形。合适的压实密度可增大电池的放电容量,减小内阻、减轻极化损失,有利于电池性能发挥。然而压实密度过大、过小都不利于锂离子的嵌脱,因此极片辊压力应符合极片材料特征。
分切:辊压后的极片由大卷切成小卷的过程。
二、组装工序
锂离子软包电池叠片工艺 |
模切机 |
叠片机 |
极耳点焊机 |
锂离子软包电池卷绕工艺 |
分条机 |
极耳点焊机 |
软绕机 |
模切:根据产品的尺寸要求,设计对应的模具,将极片切成相应形状的过程(也叫冲片),这个过程对极片及磨具质量要求较高,否则冲出的极片会有毛刺、牙印等不良,引起极片报废严重。
烘烤:模切冲出的极片放入烘箱中去除水分的过程(电池两大天敌:粉尘与水分控制,这里控制水分),水分达标后极片进入下一工序。
叠片:合格的极片按照负极、隔膜、正极、隔膜、负极…的顺序进行堆叠不同型号的电池堆叠层数不同,堆叠后的极片称之为电芯。
叠片(堆叠)方式是隔膜呈Z字形放置在叠片平台上,极片利用定位平台和机械手放置在叠片平台上。与卷绕工艺相比,叠片的劣势在于对极片的对齐精度要求较高,否则会产生错位,导致后续析锂起火。叠片依赖于高自动化的设备,且其效率要低于卷绕。然而叠片工艺制成的电池的性能优于卷绕,考虑到新能源行业的发展,叠片工艺是长期发展的趋势。
焊接:将极耳与箔材焊接(连接)的过程。箔材在焊接前需经过预焊(多层铜箔连接在一起),然后裁切掉多余的铜箔,最后将极耳焊接在预焊后的箔材上方。一般预焊为超声波焊接,焊接极耳采用激光焊接。
铝塑膜冲压机 |
顶、侧封口机 |
注液泵 |
静置预封一体机 |
封装:将焊接的电芯放入冲坑后铝塑膜,并将铝塑膜边缘热封的过程。封装完成后,铝塑膜外包装除电芯主体外,铝塑膜还留有气袋,因为电池在化成时会产生气体,气袋作为夹具化成后气体的缓存位置,在化成抽气工序去除。
注液:向封装后的电芯注入电解液的过程,电解液作用是为锂离子传输提供载体,在电解液中加入特定添加剂可提高电池安全或高低温等方面的性能。在注完电解液后,气袋侧在真空密闭腔体中完成密封。
测试仪 |
刺刀二次封口机 |
切边机 |
折边机 |
三、电池化成工序
静置:电池化成前要对电池进行静置,静置目的是让电解液充分扩散,浸润隔膜。后面工序会有高温静置、常温静置,目的是为了对电池性能进行测试考验。
化成:相当于对锂离子电池的激活过程,先对电池进行预充。首次充电过程中,负极表面会形成SEI膜,SEI膜性能直接决定电池的倍率、自放电性能等。化成过程中会产生大量气体,气体会缓存到气袋位置,避免内部气压过大引起电池胀气或冲破铝塑膜封印区。
抽气封口:在充电前,需要将气袋侧的气体用真空抽中,然后密封。
充电:按照客户要求的电量对电池进行充电。
静置、OCV测试:是对电池性能的检测,筛选出不良品。
折边、终检:根据客户的要求,设计最后电池外形尺寸,并再次检查确认,打包出货。