锂离子电芯过程控制

2020/5/20,电池基本原理及生产控制点,王存存08.10.11,2020/5/20,电池组成要素,电池电解槽基本组成要素有：正极、负极、电解液辅助组成要素有：集流体、隔膜、平面隔圈、盖帽、外壳等,2020/5/20,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。,2020/5/20,电池分类,2020/5/20,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）,2020/5/20,锂离子电池反应机理,LiCoO2+CLiC6+LixCoO2,2020/5/20,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25倍3、工作温度范围宽-40704、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。,2020/5/20,一、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,2020/5/20,四、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+CH2OLiC6+LixCoO2+LiOH+H2LiPF6H2OLiF+PF3O+HF,锂离子电池设计原则,2020/5/20,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。,2020/5/20,一、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+CH2OLiC6+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,2020/5/20,通过高温除去材料中的杂质和水分温度偏高正极材料结块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,2020/5/20,使各种原材料充分分散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。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,2020/5/20,使浆料均匀地涂覆在基体表面并烘干涂布厚度不稳定/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,2020/5/20,增加电极活性物质的密度并使表面平整压力不足，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,2020/5/20,按型号要求剪裁极片切口有毛刺引起电池短路、自放电甚至出现安全问题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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,除去极片中的水分温度过高极片变脆，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,2020/5/20,隔膜良好绝缘的基础上正负极良好地叠合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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,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,2020/5/20,使电池壳和盖帽无缝连接焊接功率不稳定容易出现焊接漏点，引起电池漏气或漏液焊接时有杂物炸火引起电池漏气或漏液并影响电池外观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,2020/5/20,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,2020/5/20,除去电池中的水分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,2020/5/20,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,2020/5/20,真空状态下定量注入电解液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,2020/5/20,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,2020/5/20,使电池在小电流的状态下活化电流和时间控制不好电池充电不到位引起后续判断不准甚至电池鼓壳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,2020/5/20,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,2020/5/20,检测电池的容量电流和时间控制不好放电电流不准影响电池的分容准确度，出现误判现象恒压电压不准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,2020/5/20,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,2020/5/20,清理电池表面抛光不良影响电池的外观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,2020/5/20,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,2020/5/20,将电池荷电50%电压控制不准容