鋰電池制造的13大流程及關(guān)鍵參數(shù)

首先，鋰電池制作可分為正極配料、負(fù)極配料、涂布、正極制片、負(fù)極制片、正極片制備、負(fù)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。

01 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：

來(lái)料確認(rèn)&烘烤

一般導(dǎo)電劑需大約120℃烘烤8小時(shí)，粘結(jié)劑PVDF則需約80℃烘烤8小時(shí)，活性物（LFP、NCM等），視來(lái)料狀態(tài)和工藝而定是否需要烘烤干燥。當(dāng)前車(chē)間要求溫度≤40℃、濕度≤25%RH。

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(duì)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(pán)的大小而定，一般情況下分散盤(pán)線速度在10-15m/s（對(duì)設(shè)備依賴性較高）。此時(shí)要求攪拌罐需要開(kāi)啟循環(huán)水，溫度≤30℃。

正極漿料

此時(shí)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(shí)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(cè)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(shí)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(chē)間，漿料轉(zhuǎn)出時(shí)需要對(duì)其過(guò)篩，目的就是過(guò)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(guò)大或短路的風(fēng)險(xiǎn)；漿料鐵磁性物質(zhì)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電池自放電過(guò)大等不良。此時(shí)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）。

02 負(fù)極配料

負(fù)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。

來(lái)料確認(rèn)

常規(guī)負(fù)極體系為水系混料過(guò)程（溶劑為去離子水），因此來(lái)料無(wú)需干燥要求。此過(guò)程要求去離子水導(dǎo)電率在≤1us/cm。車(chē)間要求溫度≤40℃、濕度≤25%RH。

具體的工藝示意圖如下：

負(fù)極配料流程圖

制備膠液

料確認(rèn)完成后，首先制備膠液。此時(shí)石墨C和導(dǎo)電劑倒入攪拌機(jī)進(jìn)行干混，建議不抽真空，開(kāi)啟循環(huán)水（干混時(shí)顆粒擠壓摩擦產(chǎn)熱嚴(yán)重），低速15-20rpm，間隔15分鐘刮料循環(huán)2-3次。

接下來(lái)將膠液倒入攪拌機(jī)中開(kāi)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(yùn)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(jī)中，建議此時(shí)快速低時(shí)攪拌（SBR屬于長(zhǎng)鏈高分子物，速度過(guò)高時(shí)間過(guò)長(zhǎng)分子鏈易打斷失去活性），建議低速35-40rpm，高速1200-1800rpm，10-20分鐘。

粘度測(cè)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(guò)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(chē)間要求溫度≤30℃、濕度≤25%RH。

03 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(shí)際需要調(diào)整，避免烘烤開(kāi)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(shí)過(guò)大，電池循環(huán)過(guò)程析鋰），涂布水份≤2000-3000ppm（具體要根據(jù)材料和工藝而定）。車(chē)間正極溫度≤30℃，濕度≤25%。示意圖如下：

涂布走帶示意圖

負(fù)極涂布

將負(fù)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(shí)際需要調(diào)整，避免烘烤開(kāi)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(chē)間負(fù)極溫度≤30℃，濕度≤25%。

04 正極制片

正極涂布干燥完，需要在工藝時(shí)間內(nèi)進(jìn)行對(duì)輥。對(duì)輥即對(duì)極片進(jìn)行壓實(shí)，目前有熱壓和冷壓兩種工藝。

熱壓壓實(shí)相對(duì)冷壓高，反彈率較低；冷壓工藝相對(duì)簡(jiǎn)單易操作控制。

對(duì)輥主要設(shè)備到如下工藝值：壓實(shí)密度、反彈率、延伸率。同時(shí)要注意極片表面無(wú)脆片、硬塊、掉料、波浪邊等現(xiàn)象且間隙處不允許斷裂。此時(shí)車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、濕度≤25%。

壓實(shí)：?jiǎn)挝惑w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。

極片對(duì)輥示意圖

正極對(duì)輥完接下來(lái)就是分條，即將整片極片分裁剪寬度一樣的小條（對(duì)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(zhǎng)度工藝Y≤1/2 H隔膜厚度。車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-30℃。

分切示意圖

05 負(fù)極制片

負(fù)極制片與正極同樣操作，但工藝設(shè)計(jì)不同，車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、濕度≤25%。常見(jiàn)負(fù)極物質(zhì)的真密度：

常用負(fù)極壓實(shí)表

反彈率：一般在4-8μm左右；

延伸率：一般在1.0012左右。

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

06 正極片制備

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

以某鋰電池設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)極耳外露主要考慮到正極耳要焊接蓋帽和滾槽時(shí)合理配合。

極耳外露過(guò)長(zhǎng)，滾槽時(shí)易使極耳與鋼殼短路；過(guò)短極耳無(wú)法焊接蓋帽。極目前超聲焊頭有線狀和點(diǎn)狀，國(guó)內(nèi)工藝較多采用線狀（過(guò)流、焊強(qiáng)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(xiǎn)。此車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-30℃、正極水份含量≤500-1000ppm。

某型正極耳焊接簡(jiǎn)易工藝

極耳焊接示意圖

卷繞型正極耳包膠示意圖

07 負(fù)極片制備

需對(duì)負(fù)極片進(jìn)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(zhǎng)度和整形寬度。此車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-30℃、負(fù)極水分含量≤500-1000ppm。

某型負(fù)極耳焊接簡(jiǎn)易工藝

08 卷繞

卷繞就是將隔膜、正極片、負(fù)極片通過(guò)卷繞機(jī)成單個(gè)卷芯。原理是采用負(fù)極包住正極，再通過(guò)隔膜將正負(fù)極片隔離。

因?yàn)槌Ｒ?guī)體系負(fù)極作為電池設(shè)計(jì)的控制電極，容量設(shè)計(jì)高于正極，使在化成充電時(shí)正極的Li+能在負(fù)極“空位“存放。卷繞需要特別關(guān)注卷繞張力和極片對(duì)齊度。

卷繞張力小，會(huì)影響內(nèi)阻和入殼率；張力過(guò)大易造成短路或斷片風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)齊度指負(fù)極、正極和隔膜的相對(duì)位置，負(fù)極寬度59.5mm、正極58mm、隔膜61mm，三者居中對(duì)齊，避免短路風(fēng)險(xiǎn)。

卷繞張力一般在正張力0.08-0.15Mpa，負(fù)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(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-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

09 入殼

卷芯入殼前需要進(jìn)行Hi-Pot測(cè)試電壓200-500V（測(cè)試是否存在高壓短路），吸塵處理（入殼前進(jìn)一步控制粉塵）。

這里需要強(qiáng)調(diào)鋰電的三大控制點(diǎn)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(fù)極耳，使極耳面正對(duì)卷芯卷針孔，最后垂直插入鋼殼或鋁殼（以某型號(hào)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?yàn)橐紤]到極片反彈值和后期注液時(shí)下液程度。同入面墊工序，將上面墊也裝配完成。此車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-40℃。

入殼示意圖

10 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(dá)到負(fù)極極耳焊接強(qiáng)度≥12N為合格，過(guò)低容易虛焊，內(nèi)阻偏大；過(guò)高容易將鋼殼表面的鎳層焊掉，導(dǎo)致焊點(diǎn)處生銹露液等隱患。

滾槽簡(jiǎn)單理解就是將卷芯固定在殼體內(nèi)不晃動(dòng),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(guò)大將殼體割破，縱向速度過(guò)快槽口鎳層脫落或影響槽高進(jìn)行影響封口。

需要檢測(cè)槽深、擴(kuò)口、槽高工藝值是否達(dá)標(biāo)（通過(guò)實(shí)際和理論計(jì)算）。常見(jiàn)的滾刀規(guī)格有1.0、1.2、1.5mm。滾槽完成后需要再次對(duì)整體吸塵處理，避免金屬碎屑，真空度≤-0.065Mpa，吸塵時(shí)間1-2s 。此車(chē)間環(huán)境溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-40℃。

點(diǎn)底焊和滾槽示意圖

11 電芯烘烤

圓柱電芯經(jīng)過(guò)滾槽之后，接下就是非常重要的一步：烘烤。電芯在制作過(guò)程中，會(huì)帶入一定的水分，如果不及時(shí)得把水分控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，將會(huì)嚴(yán)重影響電池性能的發(fā)揮和安全性能。

一般采用自動(dòng)真空烤箱進(jìn)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(guò)幾個(gè)真空干燥循環(huán)才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

幾種不同尺寸電芯烘烤標(biāo)準(zhǔn)：

注：設(shè)置溫度85℃，實(shí)際溫度85±3℃

12  注液

將烘烤好的電芯進(jìn)行水分測(cè)試，符合前面的烘烤標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)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(jìn)行稱重，記錄重量，套上注液套杯，將設(shè)計(jì)好重量的電解液加入套杯中（一般會(huì)進(jìn)行泡液實(shí)驗(yàn)：將電芯放入電解液中，浸泡一段時(shí)間，測(cè)試電芯最大吸液量，一般按實(shí)驗(yàn)量進(jìn)行注液），放入真空箱中抽真空（真空度≤-0.09Mpa），加速電解液侵潤(rùn)極片。

進(jìn)行幾次循環(huán)后，取出電芯進(jìn)行稱重，計(jì)算注液量是不是符合設(shè)計(jì)值，少了需要進(jìn)行補(bǔ)液，超了需要倒掉多余部分，直到符合設(shè)計(jì)要求。手套箱環(huán)境：溫度≤23℃、露點(diǎn)≤-45℃。

13  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(jī)下模具，一手拿電芯，電芯正極耳與蓋帽極耳對(duì)齊，確認(rèn)正極耳與蓋帽極耳對(duì)齊OK后，踩下超焊機(jī)腳踏板開(kāi)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(duì)齊；其次是輕拉極耳，看極耳是否松開(kāi)。超焊蓋帽虛焊的電芯需要重新進(jìn)行超焊。