锂离子电池加工

一.扣式电池根本介绍

锂离子电池加工企业生产的锂离子扣式电池重要由以下几部分组成：正极壳、负极壳、（正/负）极片、隔阂、垫片、弹片、电解液。

常用的扣式电池的电池壳为CR2032、CR2025、CR2016等，C代表扣电体系，R代表电池外形为圆形。前两位数字为直径（单位mm），后两位数字为厚度（单位0.1mm），取两者的挨近数字。例如CR2032的大略尺度为直径20mm，厚度3.2mm。

1.1电池壳

下图为CR2032扣式电池电池壳，正极壳较大，负极壳为外表有网状结构且较小，所以一般拼装进程从负极壳开端。

1.2极片

极片的制备工艺对电化学功能能否充分发挥有重要影响，咱们会在2.1中要点讲解，此处简要介绍。下图为正极资料所制备的极片。

正负极极片的制备流程相同，不同在于正极涂布在铝箔上，负极涂布在在铜箔上，这是为何呢？

首要，两者的导电性都相对较好，质地比较柔软，价格也相对较低。

其次，铝自身比较生动，在低电位下，铝会呈现嵌锂，生成锂铝合金，不宜作为负极的集流体。假设运用铝箔作为负极的集流体，铝会和锂构成合金，然后粉化，严峻影响电池的寿命和功能。

最终，铜在高电位下简略氧化，不宜作为正极的集流体，铜外表的氧化层属于半导体，电子导通，氧化层太厚时，阻抗会新增。一同锂不会与同在地点为下构成嵌锂合金。

什么样的极片才是好极片？

应该满足这几方面：（1）浆料涂布均匀，观察不到明显的厚度不均匀，特别薄的当地甚至能观察到亮色的铝箔；（2）极片保持完整圆形未受损坏，周围尽量没有毛刺；（3）极片涂布区域没有颗粒物而且没有明显的掉粉现象。

1.3隔阂

试验室所用隔阂一般为Celgard2400或许Celgard系列其他产品，冲压成小圆片后运用，直径略大于正负极极片。能够依据电池功能要求不同挑选隔阂，有关隔阂的挑选和参数，请见后期有关锂离子电池隔阂的挑选以及参数含义的介绍。

隔阂的用处是什么呢？

简略的说，假设没有隔阂，正负极就直接触摸，也便是会产生短路，这也便是为何有的电池中要抑制锂枝晶的呈现，便是避免其刺破隔阂，引起部分短路，而构成安全事故。隔阂一般选用聚乙烯等高分子资料，不导电，其结构中有许多微孔，答应锂离子经过,虽然它是绝缘体，但不答应电子经过的说法并禁绝确。

1.4锂片（即负极片）

负极片直径略小于负极壳直径，CR2032的锂片直径为15.8mm，对应的正极片也是15.8mm。值得留意的是：锂片比较柔软，简略变形，所以在装电池前能够用正极壳（因为它比较大）将变形的锂片压平坦。而且金属锂在空气中极易氧化蜕变，遇水简略爆破，所以购买回来的金属锂片要在手套箱中翻开，翻开时留意，不要损坏手套。

图3适宜CR2032电池运用的金属锂片

1.5垫片

垫片为圆形的铝片，直径与锂片大小相同，试验中，能够依据需求购买不同规范和厚度等。

留意：垫片、正负极壳等组件，在运用前要用酒精重复超声清洗，然后鼓风枯燥箱烘干

图4垫片

1.6弹片（支撑片）

弹片重要是起到支撑电池的用处，假设没有弹片，在压电池的进程中会把电池压的很扁，内部组件或许被压坏。弹片只在负极侧加，可是若正负极都加了弹片，压电池进程中不能将扣电封闭，导致电解液与空气触摸，而试验失败。

图5弹片（支撑片）

1.7电解液

不同的资料一般对应不同的电解液，在进行时试验时千万不要图省劲将就，小批量的电解液能够找公司索要，一般都会给。个别特殊的电解液，如低温电解液等，或许要购买，价格还不低。

二.扣式电池的拼装

2.1正极片的制备

极片的制备重要分为两个进程：（1）浆料的制备；（2）涂布、枯燥、压片等进程。

2.1.1浆料的制备（以磷酸铁锂为例）

溶剂

正极资料

导电剂

粘结剂

N-甲基吡咯烷酮（NMP）

磷酸铁锂

SuperP

聚偏二氟乙烯（PVDF）

浆料由溶剂、正极资料、导电剂和粘结剂组成。

试验室一般选用正极资料：导电剂：粘结剂的质量比为80：10：10。当然，这个份额能够自在调节，但调整进程要许多的试错。但一般来说，正极资料不低于75，导电剂和粘结剂不低于5。有时分为了到达高倍率功能，有报导中导电剂份额有到达40的情况。

若制备的正极资料较少，能够将三种物质按份额混合，用吸管假设逐滴假设NMP，然后小研钵中研磨，这个进程中要留意溶剂NMP的量，若NMP参加的过多，能够在红外红灯下恰当烘干。

活性物质较多时，取0.4g活性物质，相应的导电剂和粘结剂的量为0.05g，运用20*20或许20*40规范的称量瓶，先后参加NMP、活性物质、导电剂和粘结剂，参加次第影响最最终片的制备质量。依据《扣式锂离子电池的制备工艺研讨》以及一些研友的试验相关经验，按以下次第增加各物质，作用最好。

NMP和PVDF溶液的制造

首要，制造NMP和PVDF的溶液，这样在每次制造浆料时能节省许多时刻，能够制造0.02g/ml、0.025g/ml和0.03g/ml的三种，挑选适宜自己资料的浓度运用。制造方法很简略，只要将两种物质在广口瓶中混合就行，经过磁力拌和，溶液中没有白色物质就行。要留意的是：制造结束后，广口瓶要经过封口胶密封，因为NMP简略吸水或许蜕变。

浆料的配置进程：

第一步：用移液枪量取2ml的0.025g/ml的NMP/PVDF溶液，放入D15拌和子进行磁力拌和；

第二步：称取0.05g导电剂SuperP缓慢参加称量瓶中，拌和20min。参加进程中尽量不要使导电剂碰到上侧瓶壁，更不要因为参加的太快而使导电剂散出称量瓶。

第三步：称取0.4g活性物质，参加称量瓶中。留意事项同上，参加后拌和4-5小时，拌和时刻不固定，以浆料粘稠状况为准。

另有报导，在磁力拌和后，进行15min的超声拌和，功能更好。

何种浆料状况为最好？

一般来说，悄悄晃动称量瓶，混合物既不是粘度很高无法流动，又不是像水相同易动而不挂壁即可。太稠能够参加一滴NMP持续拌和一瞬间，一般一滴就足够了。太稀能够将称量瓶放入鼓风枯燥箱烘干一瞬间。

也可运用王琦师兄的配料方法，不过这种方法耗时较长。

留意：第二三步的顺序尽量不要倒置。

2.1.2极片的涂布

一般运用刮刀和流延涂覆机，进行涂布，正极资料涂布在铝箔上，负极涂布在铜箔上。没有涂覆机的同学能够运用玻璃板和刮刀进行涂布。涂布进程比较简略，可是要留意以下几点

（1）铝箔要平坦，要尽或许的削减褶皱；（2）涂布前要用酒精和脱脂棉细心清洁铝箔和涂覆机渠道；（3）脱脂棉清洁后要用卫生纸当心清洁一次，一来去掉或许存在的棉絮二来不要划伤铝箔。

2.1.3极片的枯燥和压片

之所以要单列一节，是因为这是个要严厉执行的进程，可是枯燥温度能够有变化。别的,极片质量的好坏能够用掉粉程度来衡量,若掉粉简略,电池在循环进程中,活性物质会从铝箔上掉落,溶解在电解液里,隔阂会被染黑。

枯燥的意图在于去除浆料中许多的溶剂NMP以及其中的水分，所以要经过鼓风枯燥和真空枯燥两个进程。每个进程的具体温度和时刻，不同工作中有不同的报导，但要留意：

（1）枯燥NMP的温度不要太高，但因为溶剂太多，要较多的热量，所以枯燥时刻较长；

（2）因为水的沸点是100℃，所以鼓风枯燥的温度要较高，但因为水分含量较少，枯燥时刻能够缩短，在鼓风枯燥时，能够设置两个温度段，每个温度时刻不同，最高温度能够设置为100℃。别的负极的枯燥温度应低于正极，有时分呈现铜箔氧化的现象；

留意：枯燥温度过高和时刻过长，会呈现严峻的掉粉行为，有关鼓风枯燥的温度，正极不该超越120℃，负极不超越90℃。

（3）鼓风枯燥后，要经过真空枯燥，温度一般设定为120℃，时刻10小时左右。但不能够不经过鼓风枯燥直接进行真空枯燥，这样操作会导致NMP充满于真空枯燥箱内，而使枯燥作用欠好。不经过真空枯燥也是能够的，可是有条件的最好不要省略这个进程。

2.1.4压片

涂布后，枯燥出的复合资料涂层比较疏松。若直接运用，被电解液滋润后简略掉落损坏。可选用对辊机或许压片机等进行压片处理，对辊机一般可将正极片涂层限制到15-60μm。压片机能够选用大约80-120kg/cm2压强进行限制。压片后的电极，安稳性、结实性以及电化学功能都获得了改善，测验体现要好于不压片的样本。压片重要意图有两个：一是为了消除毛刺，使外表润滑、平坦，避免装电池时毛刺刺破隔阂引起短路；二是增强极片的强度，减小欧姆阻抗。压力过大会引起极片的卷曲，不利于电池装配，压力过小又起不到压片的用处。

裁剪隔阂、极片以及活性物质含量核算的进程在此忽略，较为简略，有问题请在资料人微信或许资料牛原网页留言。

2.1扣式电池的拼装

2.1.1必备物品：

手套箱内：压片机(最好带数显)、镊子2把（至少有一把是塑料镊子）、药匙1把、电解液、锂片、磨口玻璃瓶(配胶头滴管)、注射器、枯燥纸巾等清洁用品；

手套箱外：扣式电池壳、集电器、弹簧片（或泡沫镍）、正极片、隔阂片；

留意：电池拼装部件在放入手套箱中之前，要进行4小时左右的真空枯燥处理，温度不宜太高，能够设置在60-80℃温度。容量较大的手套箱可事前这些存储电池部件，更清洁。质料入进箱舱门后，严厉按照操作规程进行排气-进气操作，至少三次。建议在手套箱内专门放一个小型操作台，以防试剂腐蚀手套箱。电解液关于手套和手套箱内壁的腐蚀比较严峻，应该尽量避免操作失误。

2.1.2确认水氧含量

一般的手套箱都有水氧含量的数显检测仪，布莱恩的手套箱水氧含量能够控制在低于0.05PPM，但不同手套箱的规范不尽相同。拼装电池的进程，都在已经严厉进行了排气-进气操作的手套箱中，严厉阻隔任何或许的氧化、潮湿等干扰。若手套箱的水氧含量一直较高，应该查看手套是否破损或许对手套箱进行再生。

2.1.3拼装进程

扣式电池拼装次第重要有两种，咱们试验室一般习气从负极壳开端，但也能够从正极壳开端，这个没有对错之分，全看个人习气。

|负极壳|弹片|垫片丨锂片丨电解液|隔阂|电解液|正极片|垫片丨正极壳|

进程描述

进程阐明

1

正极壳开口面向上，平

放于玻璃板上

无需阐明

2

用镊子将垫片和正极片顺次置入正极壳，正极片坐落正中

用镊子将垫片置入正极壳，有毛刺的一面朝下，然后当心夹取正极片，将涂布层向上，放于正极壳的正中心。这一进程应该重复练习，确保镊子夹取的力度适宜，不会损害正极片，严防弯折或许扭曲正极片，保持平坦的放在正极壳中

3

选用胶头滴管或注射器汲取电解液，滋润正极片外表

用极细的玻璃滴管酌量汲取电解液，此进程以完整均匀的潮湿电极片外表为方针。留意在潮湿的进程中，滴管/针头和电极片必定不能碰触

4

夹取隔阂，掩盖正极片

用镊子夹取隔阂，因为裁剪的隔阂和电池壳内部直径共同，刚好能够装进电池正极壳中。这一步尤其要当心，不要使隔阂提前触摸到电解液，应该将隔阂先对准电池壳边缘，缓缓退出镊子，均匀掩盖

下

5

再次运用胶头滴管/注射器汲取电解液，潮湿隔阂外表。

因为隔阂是慵懒且洁净的物质，这时能够运用滴管前端悄悄碰触隔阂，使之愈加平坦，均匀，边缘与电池壳触摸更为严密。尽量避免隔阂的褶皱

6

夹取锂片放置于隔阂

正中

锂片半径为15.8mm，应当刚好放于电池壳中心，这是最难的一步，有必要一次成功。因为锂片和电解液、隔阂会呈现粘附，假设放禁绝，调整十分困难。也就意味着此次模拟电池拼装的失败（其实也不必定，多滴加一点电解液，就能够进行微调）

7

夹取垫片置于锂片上，严厉对齐

这一步的垫片假设稍微放偏，能够进行当心的调整

8

夹取弹片置于垫片上，严厉对齐

一切进程都尽量用镊子操作。如不慎放偏，这一步也能够进行微调。此前的进程中，假设部件的放置位置呈现偏差，都能够用双手各拿一把镊子，合作进行细微的调整，镊子不方便运用时，可运用药匙

9

镊子夹取负极壳掩盖

无需阐明

三.一些问题呈现的原因

电池拼装后，在测验时会呈现一些问题，以下是或许遇到的问题以及部分解说

3.1开路电压低的原因

（1）极片的毛刺穿破隔阂，构成电池短路；

（2）电池装配进程中，正负极偏移，导致短路；

（3）压电池进程出错，导致电池装配不紧密，电池正负极外壳与正负极片虚接，构成短路。

3.2电化学阻抗大

（1）导电剂增加量不行；

（2）隔阂的孔隙率小，使得电解液中的锂离子不能能够顺畅经过；

（3）电解液分解，其中的锂盐削减。

电池的拼装是一个游刃有余的进程，前一两次装坏几个电池是一件很正常的事，不要悲观。

二，软包电池

软包电芯，其实便是运用了铝塑包装膜作为包装资料的电芯。相对来说，锂离子电池的包装分为两大类，一类是软包电芯，一类是金属外壳电芯。金属外壳电芯又包含了钢壳与铝壳等等，近年来因为特殊要有的电芯选用塑料外壳的，也能够划为此类。

二者的不同除了外壳资料不同，决议了其封装方法也不同。软包电芯选用的是热封装，而金属外壳电芯一般选用焊接(激光焊)。软包电芯能够选用热封装的原因是其运用了铝塑包装膜这种资料。

铝塑包装膜

铝塑包装膜(简称铝塑膜)的构成见图，其截面上来看有三层构成：尼龙层、Al层与PP层。

三层各有各的用处，首要尼龙层是确保了铝塑膜的外形，确保在制构成锂离子电池之前，膜不会产生变形。

Al层便是一层金属Al构成，其用处是避免水的进入。锂离子电池很怕水，一般要求极片含水量都在PPM级，所以包装膜必定能够挡住水气的进入。尼龙不防水，无法起到保护用处。而金属Al在室温下会与空气中的氧反响生成一层致密的氧化膜，导致水气无法进入，保护了电芯的内部。Al层在铝塑膜成型的时分还供应了冲坑的塑性，这个详见第3点。

PP是聚丙烯的缩写，这种资料的特性是在一百多摄氏度的温度下会产生熔化，而且具有黏性。所以电池的热封装重要靠的便是PP层在封头加热的用处下熔化黏合在一同，然后封头撤去，降温就固化黏结了。

铝塑膜看上去很简略，实践做起来，如何把三层资料均匀地、结实地结合在一同也不是那么简略的事。很遗憾的是，现在质量好的铝塑膜根本上都是日本进口的，国产的不是没有，但质量还有待改进。

铝塑膜成型工序

软包电芯能够依据客户的需求规划成不同的尺度，当外形尺度规划好后，就要开具相应的模具，使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑(其实个人觉得应该是铳坑，但咱们都这么写就随俗吧)，望文生义，便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，具体的见下图。

铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为Pocket袋，见下图所示。一般在电芯较薄的时分挑选冲单坑(下图左)，在电芯较厚的时分挑选冲双坑(下图右)，因为一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致决裂。

有时分依据规划的要，会在气袋的位置再冲一个小坑，以扩展气袋的体积。

顶侧封工序

终于讲到正题了(你是跑题有多厉害!)，顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。顶侧封实践包含了两个工序，顶封与侧封。首要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，包含顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面别离进行介绍。

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

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图中这种型号的顶侧封机带四个夹具，左面那个工位是顶封，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，封装的时分两个封头带有必定的温度(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同了，这样就封装OK了。

侧封没有什么太多好说的(边电压神马的扯得太远就不讲了)，重要来说说顶封，顶封区域的示意图如下图所示。顶封是要封住极耳的，极耳是金属(正极铝，负极镍)，怎么跟PP封装到一同呢?

这就要靠极耳上的一个小部件极耳胶来完结了。极耳胶具体的结构我不是很清楚，期望有在行的人来弥补。我只了解它也有PP的本钱，也便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，构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查看其卷芯的平行度，然后就进枯燥房除水气去了。在枯燥房静置若干时刻时分，就进入了注液与预封工序。

经过上面的介绍咱们了解，电芯在顶侧封完结之后，就只剩下气袋那儿的一个开口，这个开口便是用来注液的。在注液完结之后，要马上进行气袋边的预封，也叫作一封。一封封装完结后，电芯从理论上来说，内部便是完全与外部环境阻隔了。一封的封装原理与顶侧封相同，这儿就不赘述了。

静置、化成、夹具整形工序

在注液与一封完结后，首要要将电芯进行静置，依据工艺的不同会分为高温静置与常温静置，静置的意图是让注入的电解液充分滋润极片。然后电芯就能够拿去做化成了。

上图是软包电芯的化成柜，其实便是一个充放电的设备，我找了好久没有找到带电芯的图片，咱们想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成便是对电芯的初次充电，但不会充到运用的最高电压，充电的电流也十分小。

化成的意图是让电极外表构成安稳的SEI膜，也便是相当于一个把电芯激活的进程。在这个进程中，会呈现必定量的气体，这也便是为何铝塑膜要预留一个气袋。有些厂的工艺会运用夹具化成，即把电芯夹在夹具里(有时分图简便就用玻璃板，然后上钢夹子)再上柜化成，这样呈现的气体会被充分地挤到旁边的气袋中去，一同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，因为内部应力较大，或许会呈现必定的变形。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baking(烘烤)。

二封工序

刚才说了化成进程中会呈现气体，所以咱们要将气体抽出然后再进行第二次封装。在这儿有些公司成为两个工序：Degassing(排气)与二封，还有后边一个剪气袋的工序，这儿我就一同抽象的都称为二封了。

二封时，首要由铡刀将气袋刺破，一同抽真空，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，确保电芯的气密性。最终把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯就根本成型了。二封是锂离子电池的最终一个封装工序，其原理还是跟前面的热封装相同，不再赘述。

后续工序

因为题主问的是封装，后边的跟封装关系不大，所以二封之后的工序我就一同说了。

二封剪完气袋之后要进行裁边与折边，便是将一封边与二封边裁到适宜的宽度，然后折叠起来，确保电芯的宽度不超标。折边后的电芯就能够上分容柜进行分容了，其实便是容量测验，看电芯的容量有没有到达规定的最小值。

从原则上来说，一切的电芯出厂之前都要做分容测验，确保容量不合格的电芯不会送到客户手中。但在电芯生产量大的时分，某些公司会做部分分容，以统计概率来判别该批次电芯容量的合格率。

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