锂离子电芯过程控制

锂离子电芯过程控制第一页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023电池组成要素电池——电解槽①基本组成要素有：正极、负极、电解液②辅助组成要素有：集流体、隔膜、平面隔圈、盖帽、外壳等第二页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023从左图可知，其实一个电池是由许多结构相同的小电池并联而成的。正极隔膜负极正极隔膜负极正极隔膜负极正极隔膜负极正极隔膜负极第三页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023电池分类电池一次电池(原电池）二次电池（充电电池）镍—镉镍—氢锂离子电池等锂锰等碱锰锌锰第四页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023电池相关术语

●循环寿命：在一定条件下，将充电电池进行反复充放电，当容量等电池性能达到要求以下时所能发生的充放电次数。●自放电：电池在搁置过程中，没有与外部负荷相连接而产生容量损失的过程（电池内部微短路、电极的腐蚀、活性物质的溶解以及电极上的歧化反应等）。●放电速率：表示放电程度的一种量度。所用的容量1h放电完毕，称为1C放电；5h放电完毕，则为0.2C放电。●库仑效率：在一定的充放电条件下，放电时释放出来的电荷与充入的电荷的百分比（也叫充放电效率）

第五页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023锂离子电池反应机理LiCoO2+CLiC6+LixCoO2第六页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023锂离子电池的优点1、电压高传统的干电池一般为1.5V，而锂离子电池可高达3.9V2、比能量高体积能量密度400Wh/L以上，为传统锌负极电池的2~5倍3、工作温度范围宽-40~70℃4、可快速充放电5、放电平稳大多数锂一次电池具有平稳的放电曲线6、储存时间长预期可达10年7、没有环境污染8、无记忆效应。第七页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023一、锂离子含量即容量，正极活性物质的量决定容量。

►LiCoO2+CLiC6+LixCoO2二、正极过量会析出锂枝晶，易产生安全问题，所以负极比正极稍微过量。

►LiCoO2+CLiC6+LixCoO2+Li三、电解液起到运输锂离子的作用，因此实际量必须保证。锂离子电池设计原则第八页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023四、水分会消耗锂离子，影响容量，同时产生气体造成鼓壳；同时可能和电解质反应，影响电池的循环、平台等，所以锂离子电池不能有水分。

►LiCoO2+C＋H2OLiC6+LixCoO2+LiOH+H2►LiPF6＋H2OLiF+PF3O+HF锂离子电池设计原则第九页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023锂离子电池设计原则正极五、隔膜纸起着隔离的作用，一定不能破损，否则正、负极直接短路会带来安全问题。负极隔膜纸充电放电第十页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023一、锂离子电池过充时一方面损坏正极结构，影响寿命；另一方面析出锂枝晶，引起安全问题。

►LiCoO2+C＋H2OLiC6+LiyCoO2+Li二、锂离子电池短路时产生极大电流可能会伤害人，而且容易引起电池的安全问题。电池短路瞬间电流：I=U/R=4.2/0.06=700A人体承受的正常电流：I=U/R=36/800=0.045A锂离子电池使用注意第十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

通过高温除去材料中的杂质和水分①温度偏高—正极材料结块②温度偏低—水分和杂质去除不干净，导致所有水分引起的问题。正负极材料热处理制程过程控制点—1潜在问题第十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使各种原材料充分分散①搅拌不均匀—引起电池局部不均匀，可能导致电池的容量、内阻和循环寿命的异常甚至安全问题。②搅拌过程中有杂质混入—影响电池性能搅拌制程过程控制点—2潜在问题第十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使浆料均匀地涂覆在基体表面并烘干①涂布厚度不稳定/涂布机调试不到位—引起电池的局部不均匀，可能导致电池的容量和循环寿命的异常甚至安全问题②温度不稳定—极片烘不干引起掉粉或过热影响极片的粘接性能涂布制程过程控制点—3潜在问题第十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

增加电极活性物质的密度并使表面平整①压力不足，辊压厚度不到位—装配困难，卷绕对位不准，严重时可能引起安全问题②辊面不平整—极片表面不光滑甚至有毛刺，引起电池短路、自放电甚至出现安全问题对辊制程过程控制点—4潜在问题第十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

按型号要求剪裁极片①切口有毛刺—引起电池短路、自放电甚至出现安全问题②极片出现弧形—装配困难，卷绕对位不准，严重时可能引起电池短路甚至安全问题分条制程过程控制点—5潜在问题第十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使极片和极耳良好连接在一起虚焊—电池断路或内阻偏大正极焊接制程过程控制点—6潜在问题第十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使极片和极耳良好连接在一起点焊不牢—电池内阻增大甚至无穷大负极焊接制程过程控制点—7潜在问题第十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

封住极耳部位可能存在的毛刺贴的位置不当，露出毛刺或贴住活性材料—毛刺引起电池的短路或安全问题，正极活性物质被贴住会影响容量负极贴胶纸制程过程控制点—8潜在问题第十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

除去极片中的水分①温度过高—极片变脆，引起极片断片、掉粉或电池短路，导致电池自放电大甚至安全问题②温度过低—极片除水不净，导致电池容量低、内阻不稳定、循环差、平台低及尺寸异常极片烘烤制程过程控制点—9潜在问题第二十页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

隔膜良好绝缘的基础上正负极良好地叠合①正负极片对位不齐—正极活性区域超出负极活性区域，具有安全隐患②操作过程中隔膜受到损伤—导致电池短路或自放电大，甚至引起安全问题卷绕制程过程控制点—10潜在问题第二十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使电池芯叠层紧密，方便套壳压力过大或过小—压力过大易导致电芯压坏短路，压力过小使电芯压不到位，影响下步操作压扁制程过程控制点—11潜在问题第二十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

避免电池芯和壳体或盖板间的短路位置不当—在电池受外界震动或碰撞时不能完全避免电池的内部短路，容易出现安全问题贴上下胶纸制程过程控制点—12潜在问题第二十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

将电芯完好无损地装电池壳中套破—使电池短路或自放电大，具有安全隐患套壳制程过程控制点—13潜在问题第二十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使正极耳和盖帽良好连接在一起虚焊—导致电池断路或内阻偏大焊正极耳制程过程控制点—14潜在问题第二十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使负极耳和铝壳良好连接虚焊—导致电池断路或内阻偏大焊负极耳制程过程控制点—15潜在问题第二十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使电池壳和盖帽无缝连接①焊接功率不稳定—容易出现焊接漏点，引起电池漏气或漏液②焊接时有杂物炸火—引起电池漏气或漏液并影响电池外观③焊接定位不良—导致电池焊接合格率低并影响电池外观激光焊接制程过程控制点—16潜在问题第二十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

监测焊接效果出现漏检或误检—影响电池的注液并出现盖底板漏液测气密性制程过程控制点—17潜在问题第二十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

除去电池中的水分①温度失控—温度偏高会损坏电池，温度过低会影响水分的去除，导致电池容量低、内阻不稳定、循环差及尺寸异常等问题②抽真空时不达标—真空度不够会影响电池中水分的去除烘电池制程过程控制点—18潜在问题第二十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

检出短路电池漏检或误检—短路或微短路的电池都会出现自放电大的情况，严重时还会在充放电时出现爆炸测短路制程过程控制点—19潜在问题第三十页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

真空状态下定量注入电解液①注液量不准—注液量过多会导致电池漏液和鼓壳，过少会导致电池容量不足、内阻偏大、平台低及循环性差等问题②注液时与外界隔离效果差—容易导致电池内含水量增加，引起电池容量低、内阻大、平台低及循环性差等问题注液制程过程控制点—20潜在问题第三十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使电解液充分渗透储存时环境控制不好—容易使电池吸水，引电池各项性能异常活化制程过程控制点—21潜在问题第三十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

使电池在小电流的状态下活化电流和时间控制不好—①电池充电不到位引起后续判断不准甚至电池鼓壳②预充前后时间控制不当会使电池内含水量增加，引起电池容量低、内阻大、平台低及循环性差等问题预充制程过程控制点—22潜在问题第三十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

检测电池的自放电情况电压测量不准—对自放电电池检定出错，易在分容过程中出现爆炸的异常情况测电压制程过程控制点—23潜在问题第三十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

检测电池的容量电流和时间控制不好—①放电电流不准—影响电池的分容准确度，出现误判现象②恒压电压不准a、电压偏高会导致电池过充，影响电池性能和分容准确度，极端时可能出现爆炸b、电压偏低会导致电池充电不足，影响电池分容的准确度分容制程过程控制点—24潜在问题第三十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

检测电池的自放电情况温度对储存结果有影响储存制程过程控制点—25潜在问题第三十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

清理电池表面①抛光不良—影响电池的外观②定点抛光时间过长—电池过热影响电池的各项性能抛光制程过程控制点—26潜在问题第三十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

检测电池的自放电情况测量不准—有自放电较大电池混入下一工序，电池在使用过程中可能出现安全问题测电压制程过程控制点—27潜在问题第三十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期五6/25/2023

将电池荷电50%电压控制不准—容易引起出货时的误判单充电制程过程控制点—28潜在问题第三十九页，共四十二页，编辑