一,扣式電池
實驗室扣式電池除了用于對現(xiàn)有材料的性能進行檢測之外,還用于對新材料、新工藝產(chǎn)品進行初步的電化學性能測試與評價,正確的組裝扣式電池對該材料的開發(fā)與制備、全電池設(shè)計與應(yīng)用有著重要意義。
本文主要對實驗室組裝扣式電池的流程進行介紹,主要參考北工業(yè)王琦的《鋰離子模擬電池組裝手冊》、鄭州輕工學院張勇等人的《扣式鋰離子電池的制備工藝研究》以及一些網(wǎng)友意見和一些清華研友的工作經(jīng)驗。
一。扣式電池基本介紹
鋰離子扣式電池主要由以下幾部分組成:正極殼、負極殼、(正/負)極片、隔膜、墊片、彈片、電解液。
常用的正規(guī)的商品扣式電池CR2032中的C表示正極是MnO2,還有BR系列,B表示正極是氟化碳。C或者B代表扣電體系,R代表電池外形為圓形。前兩位數(shù)字為直徑(單位 mm),后兩位數(shù)字為厚度(單位 0.1 mm),取兩者的接近數(shù)字。例如 CR2032 的大略尺寸為直徑 20 mm,厚度 3.2 mm。
1.1 電池殼
下圖為CR2032扣式電池電池殼,正極殼較大,負極殼為表面有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且較小,所以一般組裝過程從負極殼開始。
圖1 CR2032扣式電池正極殼(左),負極殼(右)
1.2 極片
極片的制備工藝對電化學性能能否充分發(fā)揮有重要影響,我們會在2.1中重點講解,此處簡要介紹。下圖為正極材料所制備的極片。
圖2 正極片(左)與鋁箔(右)
鋰離子電池極片的正、負極集流體分別為鋁箔和銅箔。如果選用單面光滑的箔材,往往在粗糙面上進行涂布,以增加集流體與材料之間的結(jié)合力。箔材的厚度要求不嚴格,但對箔材的面密度均勻性有比較高的要求。硅基負極材料一般選用涂碳銅箔以提高黏附性,降低接觸電阻,以增加測試結(jié)果的重現(xiàn)性,提高充放電循環(huán)性能
什么樣的極片才是好極片?
應(yīng)該滿足這幾方面:(1)漿料涂布均勻,觀察不到明顯的厚度不均勻,特別薄的地方甚至能觀察到亮色的鋁箔;(2)極片保持完整圓形未受損壞,周圍盡量沒有毛刺;(3)極片涂布區(qū)域沒有顆粒物并且沒有明顯的掉粉現(xiàn)象。
1.3 隔膜
實驗室所用隔膜一般為Celgard2400或者Celgard系列其他產(chǎn)品,沖壓成小圓片后使用,直徑略大于正負極極片。可以根據(jù)電池性能要求不同選擇隔膜,關(guān)于隔膜的選擇和參數(shù),請見后期關(guān)于鋰電池隔膜的選擇以及參數(shù)意義的介紹 。 隔膜的作用是什么呢?
簡單的說,如果沒有隔膜,正負極就直接接觸,也就是會發(fā)生短路,這也就是為什么有的電池中要抑制鋰枝晶的產(chǎn)生,就是防止其刺破隔膜,引起局部短路,而造成安全事故。隔膜一般采用聚乙烯等高分子材料,不導(dǎo)電,其結(jié)構(gòu)中有許多微孔,允許鋰離子通過,雖然它是絕緣體,但“不允許電子通過的說法并不準確”。
1.4 鋰片(即負極片)
負極片直徑略小于負極殼直徑,CR2032的鋰片直徑為15.8mm,實驗室常采用直徑為14mm(對應(yīng)CR2032 扣式電池)沖口模具沖正極片。值得注意的是:鋰片比較柔軟,容易變形,所以在裝電池前可以用正極殼(因為它比較大)將變形的鋰片壓平整。而且金屬鋰在空氣中極易氧化變質(zhì),遇水容易爆炸,所以購買回來的金屬鋰片需要在手套箱中打開,打開時注意,不要損壞手套。
圖3 適合CR2032電池使用的金屬鋰片
1.5 墊片
墊片為圓形的鋁片,直徑與鋰片大小一樣,實驗中,可以根據(jù)需求購買不同規(guī)格和厚度等。
注意:墊片、正負極殼等組件,在使用前要用酒精反復(fù)超聲清洗,然后鼓風干燥箱烘干
圖4 墊片
1.6 彈片(支撐片)
彈片主要是起到支撐電池的作用,如果沒有彈片,在壓電池的步驟中會把電池壓的很扁,內(nèi)部組件可能被壓壞。彈片只在負極側(cè)加,但是若正負極都加了彈片,壓電池步驟中不能將扣電封閉,導(dǎo)致電解液與空氣接觸,而實驗失敗。
圖5 彈片(支撐片)
1.7 電解液
不同的材料一般對應(yīng)不同的電解液,在進行時實驗時千萬不要圖省事將就,小批量的電解液可以找公司索要,一般都會給。個別特殊的電解液,如低溫電解液等,可能需要購買,價格還不低。
1.8 材料的選擇
正負極活性材料一般為粉末材料,顆粒尺寸應(yīng)不宜過大以便于均勻涂布,同時避免由于顆粒較大導(dǎo)致測試結(jié)果受到材料動力學性質(zhì)的限制以及造成的極片不均勻性問題。用于實驗室研究的正負極材料一般最大顆粒直徑(Dmax)不超過50μm,工業(yè)應(yīng)用的鋰電材料的Dmax一般小于30μm。大顆粒、團聚體或者納米級別的材料,往往經(jīng)過過篩或者研磨處理。鋰電池常用導(dǎo)電劑為碳基導(dǎo)電劑,包括乙炔黑(AB)、導(dǎo)電炭黑、Super P、350G等導(dǎo)電材料。常用黏結(jié)劑體系包括聚偏氟乙烯-油性體系[即poly(vinylidene fluoride),PVDF體系]以及聚四氟乙烯-水性體系[即
poly(fluortetraethylene),一般為乳液,簡稱PTFE 體系],SBR(丁苯橡膠)乳液等。油系溶劑常采用NMP(N-甲基吡咯烷酮)等。
二。扣式電池的組裝
2.1 正極片的制備
??實驗室極片制備過程一般分為混料和涂覆兩個過程。其中混料工藝包括手工研磨法和機械混漿法,涂覆工藝是手工涂覆和機械涂覆。
進行混料時,依據(jù)供料的多少來確定采用手工研磨法或機械混漿法,如活性材料的質(zhì)量在0.1~5.0g時建議采用手工研磨法,活性材料的質(zhì)量超過5.0g時,建議采用混料機進行混料。實驗室中每次混漿量有限,常采用手工涂覆,當漿料足夠時可采用小型涂覆機。整個極片制作過程需要在干燥環(huán)境下進行,所用材料、設(shè)備都需要保持干燥
??
2.1.1 漿料的制備(以磷酸鐵鋰為例)。
溶劑正極材料導(dǎo)電劑粘結(jié)劑
N-甲基吡咯烷酮(NMP)磷酸鐵鋰Super P聚偏二氟乙烯(PVDF)
? 漿料由溶劑、正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成。
實驗室制備極片時,混料比例和步驟依據(jù)測試材料及混料工藝的不同而有差別。如常見的石墨負極極片中,CMC(羧甲基纖維素鈉)的含量一般低于10%,SBR的含量一般低于10%,導(dǎo)電添加劑的含量一般低于10%(高倍率電池除外)。而在硅基負極材料中,考慮到硅基負極材料的導(dǎo)電性較差,因此需增加極片中的黏結(jié)劑含量和改變導(dǎo)電添加劑的種類,有些人將CMC的比例調(diào)整為20%,SBR 的比例調(diào)整為20%,導(dǎo)電添加劑中加入CNT(碳納米管);對于高功率電池極片研發(fā)測試時,往往增加導(dǎo)電劑的含量,比例可調(diào)整為20%左右。高比例黏結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑是為了充分展示正負極活性材料的電化學特性,而實際鋰離子電池中電極極片的黏結(jié)劑質(zhì)量比往往在2%左右,導(dǎo)電添加劑比例往往在1%~2%。
?
NMP和PVDF溶液的配制
首先,配制NMP和PVDF的溶液,這樣在每次配制漿料時能節(jié)省很多時間,可以配制0.02g/ml、0.025g/ml和0.03g/ml的三種,選擇合適自己材料的濃度使用。配制方法很簡單,只需要將兩種物質(zhì)在廣口瓶中混合就行,通過磁力攪拌,溶液中沒有白色物質(zhì)就行。需要注意的是:配制結(jié)束后,廣口瓶要通過封口膠密封,因為NMP容易吸水或者變質(zhì)。
??
漿料的配置步驟:
第一步:用移液槍量取2ml的0.025g/ml 的NMP/PVDF溶液,放入D15攪拌子進行磁力攪拌;
第二步:稱取0.05g導(dǎo)電劑Super P緩慢加入稱量瓶中,攪拌20min。加入過程中盡量不要使導(dǎo)電劑碰到上側(cè)瓶壁,更不要因為加入的太快而使導(dǎo)電劑散出稱量瓶。
第三步:稱取0.4g活性物質(zhì),加入稱量瓶中。注意事項同上,加入后攪拌4-5小時,攪拌時間不固定,以漿料粘稠狀態(tài)為準。
另有報道,在磁力攪拌后,進行15min的超聲攪拌,性能更好。
何種漿料狀態(tài)為最好?
一般來說,輕輕晃動稱量瓶,混合物既不是粘度很高無法流動,又不是像水一樣易動而不掛壁即可。太稠可以加入一滴NMP繼續(xù)攪拌一會兒,一般一滴就足夠了。太稀可以將稱量瓶放入鼓風干燥箱烘干一會兒。
可使用王琦師兄的配料方式,不過這種方式耗時較長。
注意:第二三步的順序盡量不要顛倒。
??
2.1.2 極片的涂布
一般使用刮刀和流延涂覆機,進行涂布,正極材料涂布在鋁箔上,負極涂布在銅箔上。沒有涂覆機的同學可以使用玻璃板和刮刀進行涂布。涂布過程比較簡單,但是需要注意以下幾點
(1)鋁箔需要平整,要盡可能的減少褶皺;(2)涂布前要用酒精和脫脂棉仔細清潔鋁箔和涂覆機平臺;(3)脫脂棉清潔后要用衛(wèi)生紙小心清潔一次,一來去掉可能存在的棉絮二來不要劃傷鋁箔。
此外,特別需要注意的是,一般極片的面容量設(shè)為2~4mA·h/cm2,最低不建議低于1mA·h/cm2,這樣的活性物質(zhì)負載量與工業(yè)應(yīng)用的更為接近,便于準確對標評價材料的倍率和低溫特性。個別情況下,可以超過這一負載量,例如針對厚電極的研究。低于這一面容量制作的極片,一方面,稱量誤差較大;此外,由于極片薄,動力學性能較好,體積變化較小,電解液相對遠遠過量,這樣有利于測到材料的最高容量,但半電池測到的倍率、循環(huán)性有可能會顯著高于實際全電池工作條件下的性能,此時的動力學及循環(huán)性數(shù)據(jù)結(jié)果并不能和大容量實際電池有較好的對應(yīng)關(guān)系。
2.1.3 極片的干燥和壓片
之所以要單列一節(jié),是因為這是個需要嚴格執(zhí)行的過程,但是干燥溫度可以有變化。極片的干燥一般需要考慮三點,烘烤溫度、烘烤時間、烘烤環(huán)境,對于NMP 油系的烘烤溫度需要100℃以上,在能夠烘干的前提下,盡量降低烘烤溫度,增加烘烤時間。對于一些容易氧化或者在高溫空氣中不穩(wěn)定的材料,需要在惰性氣氛烘箱中烘烤另外,極片質(zhì)量的好壞可以用掉粉程度來衡量,若掉粉容易,電池在循環(huán)過程中,活性物質(zhì)會從鋁箔上脫落,溶解在電解液里,隔膜會被染黑。
干燥的目的在于去除漿料中大量的溶劑NMP以及其中的水分,所以要經(jīng)過鼓風干燥和真空干燥兩個步驟。每個步驟的具體溫度和時間,不同工作中有不同的報道,但需要注意:
(1)干燥NMP的溫度不需要太高,但由于溶劑太多,需要較多的熱量,所以干燥時間較長;
(2)由于水的沸點是100℃,所以鼓風干燥的溫度需要較高,但由于水分含量較少,干燥時間可以縮短,在鼓風干燥時,可以設(shè)置兩個溫度段,每個溫度時間不同,最高溫度可以設(shè)置為100℃。另外負極的干燥溫度應(yīng)低于正極,有時候出現(xiàn)銅箔氧化的現(xiàn)象;
注意:干燥溫度過高和時間過長,會出現(xiàn)嚴重的掉粉行為,關(guān)于鼓風干燥的溫度,正極不應(yīng)超過120℃,負極不超過90℃。
(3)鼓風干燥后,要經(jīng)過真空干燥,溫度一般設(shè)定為120℃,時間10小時左右。但不可以不經(jīng)過鼓風干燥直接進行真空干燥,這樣操作會導(dǎo)致NMP充滿于真空干燥箱內(nèi),而使干燥效果不好。不經(jīng)過真空干燥也是可以的,但是有條件的最好不要省略這個步驟。
?? 2.1.4 壓片
涂布后,干燥出的復(fù)合材料涂層比較疏松。若直接使用,被電解液浸潤后容易脫落損壞。極片的輥壓過程中需要將極片壓實,壓實密度盡量接近工業(yè)中極片的壓實密度。可采用對輥機或者壓片機等進行壓片處理,對輥機一般可將正極片涂層壓制到15-60μm。壓片機可以采用大約80-120kg/cm2壓強進行壓制。壓片后的電極,穩(wěn)定性、牢固性以及電化學性能都獲得了改善,測試表現(xiàn)要好于不壓片的樣本。壓片主要目的有兩個:一是為了消除毛刺,使表面光滑、平整,防止裝電池時毛刺刺破隔膜引起短路;二是增強極片的強度,減小歐姆阻抗。壓力過大會引起極片的卷曲,不利于電池裝配,壓力過小又起不到壓片的作用。
裁剪隔膜、極片以及活性物質(zhì)含量計算的步驟在此忽略,較為簡單。
2.1 扣式電池的組裝
2.1.1 必備物品:
手套箱內(nèi):壓片機(最好帶數(shù)顯)、鑷子2把(至少有一把是塑料鑷子)、藥匙1把、電解液、鋰片、磨口玻璃瓶(配膠頭滴管)、注射器、干燥紙巾等清潔用品;
手套箱外:扣式電池殼、集電器、彈簧片(或泡沫鎳)、正極片、隔膜片;
注意:電池組裝部件在放入手套箱中之前,要進行4小時左右的真空干燥處理,溫度不宜太高,可以設(shè)置在60-80℃溫度。容量較大的手套箱可事先這些存儲電池部件,更清潔。原料入進箱艙門后,嚴格按照操作規(guī)程進行排氣-進氣操作,至少三次。建議在手套箱內(nèi)專門放一個小型操作臺,以防試劑腐蝕手套箱。電解液對于手套和手套箱內(nèi)壁的腐蝕比較嚴重,應(yīng)該盡量避免操作失誤。
2.1.2 確定水氧含量
一般的手套箱都有水氧含量的數(shù)顯檢測儀,手套箱水氧含量可以控制在低于0.1PPM,但不同手套箱的標準不盡相同。組裝電池的過程,都在已經(jīng)嚴格進行了排氣-進氣操作的手套箱中,嚴格隔絕任何可能的氧化、潮濕等干擾。若手套箱的水氧含量一直較高,應(yīng)該檢查手套是否破損或者對手套箱進行再生。
2.1.3 組裝過程
扣式電池組裝次序主要有兩種,我們實驗室一般習慣從負極殼開始,但也可以從正極殼開始,這個沒有對錯之分,全看個人習慣。
將準備好的極片轉(zhuǎn)移到惰性氣氛手套箱內(nèi),準備扣式電池組裝部件:負極殼、金屬鋰片、隔膜、墊片、彈簧片、正極殼、電解液,此外還需要壓片模具、移液器和絕緣鑷子。
組裝過程如下圖所示:
將負極殼平放于絕緣臺面,將金屬鋰片置于負極殼中心,并用壓片模具對金屬鋰片進行平整化處理,然后將隔膜平放于鋰片上層,用移液器取適量電解液滴加入隔膜表面。用絕緣鑷子將測試極片、墊片、彈簧片和正極殼依次置于隔膜上層,其中測試極片的活性材料一側(cè)需貼近隔膜(圖6)。
圖1 扣式電池組裝流程
進一步,用絕緣鑷子將扣式電池負極側(cè)朝上置于扣式電池封口機模具上,可用紙巾墊于電池上方以吸收溢出的電解液,調(diào)整壓力(一般為800Pa)壓制5s完成組裝制備扣式電池,用絕緣鑷子取出,觀察制備外觀是否完整(圖7)并用紙巾擦拭干凈。
圖2 扣式電池封裝流程
模擬電池的組裝過程與扣式電池相似,以中科院物理所的模擬電池組裝為例,需準備組裝材料包括:模擬電池模具(一個聚四氟乙烯內(nèi)膽,一個聚四氟乙烯套管,正負極殼和金屬導(dǎo)體柱),金屬鋰片,隔膜,電解液及待測極片。其中待測極片尺寸不能超過聚四氟乙烯內(nèi)膽尺寸。如下圖,將金屬鋰片、隔膜、聚四氟乙烯內(nèi)膽依次放入負極殼模具內(nèi),然后用移液器滴加一定量電解液,并將待測極片和金屬導(dǎo)體柱依次放入內(nèi)膽中,保證活性材料一側(cè)貼近隔膜。進一步地,將套有聚四氟乙烯套管的正極殼模具安裝在負極殼模具上,完成模擬電池的組裝。
圖 3 模擬電池組裝流程圖
三。一些問題出現(xiàn)的原因
電池組裝后,在測試時會出現(xiàn)一些問題,以下是可能遇到的問題以及部分解釋
3.1 開路電壓低的原因
(1)極片的毛刺穿破隔膜,造成電池短路;
(2)電池裝配過程中,正負極偏移,導(dǎo)致短路;
(3)壓電池步驟出錯,導(dǎo)致電池裝配不緊密,電池正負極外殼與正負極片虛接,造成短路。
3.2 電化學阻抗大
(1)導(dǎo)電劑添加量不夠;
(2)隔膜的孔隙率小,使得電解液中的鋰離子不能能夠順利通過;
(3)電解液分解,其中的鋰鹽減少。
電池的組裝是一個熟能生巧的過程,前一兩次裝壞幾個電池是一件很正常的事,不要灰心。
二,軟包電池
軟包電芯,其實就是使用了鋁塑包裝膜作為包裝材料的電芯。相對來說,鋰離子電池的包裝分為兩大類,一類是軟包電芯,一類是金屬外殼電芯。金屬外殼電芯又包括了鋼殼與鋁殼等等,近年來由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的,也可以劃為此類。
二者的差別除了外殼材料不同,決定了其封裝方式也不同。軟包電芯采用的是熱封裝,而金屬外殼電芯一般采用焊接(激光焊)。軟包電芯可以采用熱封裝的原因是其使用了鋁塑包裝膜這種材料。
鋁塑包裝膜
鋁塑包裝膜(簡稱鋁塑膜)的構(gòu)成見圖,其截面上來看有三層構(gòu)成:尼龍層、Al層與PP層。
三層各有各的作用,首先尼龍層是保證了鋁塑膜的外形,保證在制造成鋰離子電池之前,膜不會發(fā)生變形。
Al層就是一層金屬Al構(gòu)成,其作用是防止水的滲入。鋰離子電池很怕水,一般要求極片含水量都在PPM級,所以包裝膜一定能夠擋住水氣的滲入。尼龍不防水,無法起到保護作用。而金屬Al在室溫下會與空氣中的氧反應(yīng)生成一層致密的氧化膜,導(dǎo)致水氣無法滲入,保護了電芯的內(nèi)部。Al層在鋁塑膜成型的時候還提供了沖坑的塑性,這個詳見第3點。
PP是聚丙烯的縮寫,這種材料的特性是在一百多攝氏度的溫度下會發(fā)生熔化,并且具有黏性。所以電池的熱封裝主要靠的就是PP層在封頭加熱的作用下熔化黏合在一起,然后封頭撤去,降溫就固化黏結(jié)了。
鋁塑膜看上去很簡單,實際做起來,如何把三層材料均勻地、牢固地結(jié)合在一起也不是那么容易的事。很遺憾的是,現(xiàn)在質(zhì)量好的鋁塑膜基本上都是日本進口的,國產(chǎn)的不是沒有,但質(zhì)量還有待改進。
鋁塑膜成型工序
軟包電芯可以根據(jù)客戶的需求設(shè)計成不同的尺寸,當外形尺寸設(shè)計好后,就需要開具相應(yīng)的模具,使鋁塑膜成型。成型工序也叫作沖坑(其實個人覺得應(yīng)該是“銃坑”,但大家都這么寫就隨俗吧),顧名思義,就是用成型模具在加熱的情況下,在鋁塑膜上沖出一個能夠裝卷芯的坑,具體的見下圖。
鋁塑膜沖好并裁剪成型后,一般稱為Pocket袋,見下圖所示。一般在電芯較薄的時候選擇沖單坑(下圖左),在電芯較厚的時候選擇沖雙坑(下圖右),因為一邊的變形量太大會突破鋁塑膜的變形極限而導(dǎo)致破裂。
有時候根據(jù)設(shè)計的需要,會在氣袋的位置再沖一個小坑,以擴大氣袋的體積。
頂側(cè)封工序
終于講到正題了(你是跑題有多厲害!),頂側(cè)封工序是軟包鋰離子電芯的第一道封裝工序。頂側(cè)封實際包含了兩個工序,頂封與側(cè)封。首先要把卷繞好的卷芯放到?jīng)_好的坑里,然后沿虛線位置將包裝膜對折,如下圖所示。
下面這種圖是鋁塑膜裝入卷芯后,需要封裝的幾個位置,包括頂封區(qū)、側(cè)封區(qū)、一封區(qū)與二封區(qū)。下面分別進行介紹。
把卷芯放到坑中之后,就把整個鋁塑膜可以放到夾具中,在頂側(cè)封機里進行頂封與側(cè)封了。頂側(cè)封機是這樣子的:
圖中這種型號的頂側(cè)封機帶四個夾具,左邊那個工位是頂封,右邊那個工位是側(cè)封。那兩塊黃色的金屬是上封頭,下面還有一個下封頭,封裝的時候兩個封頭帶有一定的溫度(一般在180℃左右),合攏時壓在鋁塑膜上,鋁塑膜的PP層就熔化然后黏結(jié)在一起了,這樣就封裝OK了。
側(cè)封沒有什么太多好說的(邊電壓神馬的扯得太遠就不講了),主要來說說頂封,頂封區(qū)域的示意圖如下圖所示。頂封是要封住極耳的,極耳是金屬(正極鋁,負極鎳),怎么跟PP封裝到一起呢?
這就要靠極耳上的一個小部件—極耳膠來完成了。極耳膠具體的結(jié)構(gòu)我不是很清楚,希望有懂行的人來補充。我只知道它也有PP的成本,也就是說在加熱時能夠熔化黏結(jié)。在極耳位的封裝見下圖中圓圈部分所示。封裝時,極耳膠中的PP與鋁塑膜的PP層熔化黏結(jié),形成了有效的封裝結(jié)構(gòu)。
注液、預(yù)封工序
軟包電芯在頂側(cè)封之后,需要做X-ray檢查其卷芯的平行度,然后就進干燥房除水氣去了。在干燥房靜置若干時間時候,就進入了注液與預(yù)封工序。
通過上面的介紹我們知道,電芯在頂側(cè)封完成之后,就只剩下氣袋那邊的一個開口,這個開口就是用來注液的。在注液完成之后,需要馬上進行氣袋邊的預(yù)封,也叫作一封。一封封裝完成后,電芯從理論上來說,內(nèi)部就是完全與外部環(huán)境隔絕了。一封的封裝原理與頂側(cè)封相同,這里就不贅述了。
靜置、化成、夾具整形工序
在注液與一封完成后,首先需要將電芯進行靜置,根據(jù)工藝的不同會分為高溫靜置與常溫靜置,靜置的目的是讓注入的電解液充分浸潤極片。然后電芯就可以拿去做化成了。
上圖是軟包電芯的化成柜,其實就是一個充放電的裝置,我找了好久沒有找到帶電芯的圖片,大家想想一下電芯夾在上面的畫面就OK了。化成就是對電芯的首次充電,但不會充到使用的最高電壓,充電的電流也非常小。
化成的目的是讓電極表面形成穩(wěn)定的SEI膜,也就是相當于一個把電芯“激活”的過程。在這個過程中,會產(chǎn)生一定量的氣體,這也就是為什么鋁塑膜要預(yù)留一個氣袋。有些工廠的工藝會使用夾具化成,即把電芯夾在夾具里(有時候圖簡便就用玻璃板,然后上鋼夾子)再上柜化成,這樣產(chǎn)生的氣體會被充分地擠到旁邊的氣袋中去,同時化成后的電極界面也更佳。
在化成后有些電芯,尤其是厚電芯,由于內(nèi)部應(yīng)力較大,可能會產(chǎn)生一定的變形。所以某些工廠會在化成后設(shè)置一個夾具整形的工序,也叫作夾具baking(烘烤)。
二封工序
剛才說了化成過程中會產(chǎn)生氣體,所以我們要將氣體抽出然后再進行第二次封裝。在這里有些公司成為兩個工序:Degassing(排氣)與二封,還有后面一個剪氣袋的工序,這里我就一起籠統(tǒng)的都稱為二封了。
二封時,首先由鍘刀將氣袋刺破,同時抽真空,這樣氣袋中的氣體與一小部分電解液就會被抽出。然后馬上二封封頭在二封區(qū)進行封裝,保證電芯的氣密性。最后把封裝完的電芯剪去氣袋,一個軟包電芯就基本成型了。二封是鋰離子電池的最后一個封裝工序,其原理還是跟前面的熱封裝一樣,不再贅述。
后續(xù)工序
因為題主問的是封裝,后面的跟封裝關(guān)系不大,所以二封之后的工序我就一起說了。
二封剪完氣袋之后需要進行裁邊與折邊,就是將一封邊與二封邊裁到合適的寬度,然后折疊起來,保證電芯的寬度不超標。折邊后的電芯就可以上分容柜進行分容了,其實就是容量測試,看電芯的容量有沒有達到規(guī)定的最小值。
從原則上來說,所有的電芯出廠之前都需要做分容測試,保證容量不合格的電芯不會送到客戶手中。但在電芯生產(chǎn)量大的時候,某些公司會做部分分容,以統(tǒng)計概率來判斷該批次電芯容量的合格率。
分容后,容量合格的電芯就會進入后工序,包括檢查外觀、貼黃膠、邊電壓檢測、極耳轉(zhuǎn)接焊等等,可以根據(jù)客戶的需求來增減若干工序。最后就是OQC檢查,然后包裝出貨了。
審核編輯 :李倩
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原文標題:收藏| 扣式/軟包電池組裝教程
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