锂离子电池生产过程控制重点-xiazhanao

,锂离子电池各工序的控制点,夏占鳌,锂电池的原理锂电池的结构配料Mixing涂布Coating辊压Cold-Rolling模切Cutting卷绕Winding装配Assembling激光焊接LarserWelding电芯烘烤Baking注液ElectrolyteInjection化成PIEF老化Aging分容CapacityPACK,目录,锂离子电池的原理,锂离子电池:是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。,工作原理锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为摇椅电池。,锂电池的结构,(1)正极（Cathode）-活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10-20微米的电解铝箔。(2)隔膜（Diaphragm）-一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。(3)负极(Anode)-活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。(4)有机电解液（Electrolyte）-溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。(5)电池外壳（Batterycase）-分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。,电芯结构图,配料Mixing,工艺要求：1、固含量；2、粘度。固含量工艺配方的确认；计量的准确性；工艺流程的确认；粘度(正极：45005500cps；负极：40005000cps)搅拌参数的设置；（公转25HZ、自转30HZ：）水循环效果的确认；搅拌机的真空度。（-0.09Mpa),搅拌机,配料Mixing,控制要点设备保持干燥，控制车间的温湿度正极对原材料进行脱水，一般用120常压烘烤2小时左右NMP脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用加入导电剂和活性物质后，浆料应均匀一致，没有团聚的颗粒，并且浆料中气泡应除尽，PVDF溶解过程比较缓慢，制浆前需提前溶解PVDF于NMP中，CMC也是较难溶液，制浆前需提前溶解CMC于水中；PVDF和CMC要充分溶解，分散均匀，如果存在颗粒的粘结剂或增稠剂必须增加搅拌时间或者更改搅拌工艺搅拌机工作分四工序段时间，第一和二工序段不开抽真空，而且搅拌和分散的转速也不要调得太高，要初步完成剪切，分散，捏合，对撞，乳化等过程后浆料达到一定的细度、均匀度及粘度要求后方可抽真空,注意事项：运行过程中一旦发现问题必须及时记录并通知相关部门，以便及时清理除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数浆料的浓度（固含量）应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦；在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低；需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入，以免组分材料性质变化；搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主；搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备；出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带；操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程搅拌完成，及时清理机器设备及工作环境5S；操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。,涂布Coating,工艺要求：极片的面密度极片的尺寸极片的干燥度极片的面密度基体面密度的确认；刀口调节的合理；膜宽和涂布厚度确认正确；料槽液面的高度；浆料的搅动；两面面密度的一致性；涂布的尺寸工艺要求确认；基材尺寸的确认；涂覆宽度的确认；涂覆长度的确认；涂覆间隙的确认；单双面涂覆对应效果的确认；人机界面参数的确认；,涂布的干燥度工艺分段温度要求的确认；分段温度及走速的设置；实际温度与设置温度的差异；风门的调节；外部环境温度的影响。,涂布机,涂布Coating,控制要点：要尽可能保证涂布的一致性，操作时应注意浆料粘度的变化、料斗上液面高度的变化、涂布速度的变化；铝箔上浆料薄层进入烤箱干燥，除去NMP溶剂（NMP沸点202，闪点95）。干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定，干燥过快，表面形成PVDF膜层，内部的NMP溶剂挥发会造成表面层起皱现象，为保证NMP均匀蒸发，通常采用分段干燥，中间段温度最高。正极一般为100-130，负极若采用水性体系，干燥温度一般为75-90；还有干燥过程NMP挥发，涂布浆料的组成不断变化，所以配制浆料的NMP溶剂的量、升温方式和加热时间，对此都有影响；加热温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解，造成活性物质剥落；加热温度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成铝箔氧化和极片偏湿；涂布和干燥要做到首件三检-厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检验对应的拉浆速度、烘烤时间、间隙等。,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数必须确认干燥分机已启动才能启动空气加热器每班停机后须立即用酒精清洗好料斗、刮刀、涂布辊及背辊等，表面不得有刮痕和损伤注意保持背辊气缸和直线划辊的清洁及润滑机器轴承部位须定期加润滑油，减速箱必须定期换油或补充运行过程中一旦发现问题必须及时记录并通知相关部门，以便及时清理时刻做好5S工作，维护设备及周边环境清洁设备保持干燥，控制车间的温湿度操作设备时，注意安全，以免被烘箱烫伤,辊压Cold-Rolling,工艺要求;辊压材料的压实密度大小；转速频率；（50Hz）辊压压力；（30MPa）扎辊间隙；（0.05mm）两边间隙的一致性；相对湿度；（35%RH）环境温度；（2330）,辊压机,辊压Cold-Rolling,控制要点：滚压应注意厚度符合工艺要求；压片时应注意气泡、掉料、极片变形、对辊机辊径越大越好；极片断裂，在辊压的过程中，断裂不仅影响工作效率，还对后续的分切、卷绕等工序造成困扰。极片翘曲严重极片经过辊压后，有时候极片会呈较大程度的内凹外凸的现象，此种现象出现不利于极片分切、卷绕极片横向、纵向厚度极片波浪边严重如测量极片厚度时刮料、问题点没有及时标记等人为失误，可以通过加强培训提高意识来解决。极片收卷时调节好纠偏和张力，收卷要整齐压力不足，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,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数启动辊压机前用无尘纸沾无水乙醇对辊压机的滚轮进行清洁。对辊清洁时，人必须在设备的背面，以免操作失误带来工伤为了避免衣服及头发等被缠绕到机器内，作业时请穿合体的服装。辊压完成时，及时对辊压机卸压。运行过程中一旦发现问题必须及时记录并通知相关部门，以便及时清理时刻做好5S工作，维护设备及周边环境清洁设备保持干燥，控制车间的温湿度运行设备时，注意安全，以免手被带入滚轮下,模切Cutting,工艺要求模切的尺寸极片的毛刺模切的尺寸刀模的规格；红外线感应器的感应效果；转送带走速的调节；异常的处理。极片的毛刺刀模的锋利；刀模的完好度。,激光模切机,分切机,模切Cutting,控制要点：边缘区无掉粉，掉粉漏金属的极片，正极漏金属，对应的负极嵌锂不足，负极漏金属，会出现析锂。生成枝晶锂，刺穿隔离膜，造成电芯短路，有很大的安全隐患波浪边；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极片尺寸符合工艺要求；尺寸不合格的极片卷绕时会造成包覆不良，导致电芯短路，出现安全事故毛刺符合工艺要求。切口有毛刺引起电池短路、自放电甚至出现安全问题收卷时，压杆一定要下压，避免出现翘边现象Mark孔的位置要符合卷绕设备的要求,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数机罩以及站板业属于安全装置的一部分，切勿在其处于拆卸的状态下进行运转。为了避免衣服及头发等被缠绕到机器内，作业时请穿合体的服装。进行保养、检查等需要接触机器的作业时，务必要将红色的停止开关锁定运行过程中中一旦发现问题必须及时记录并通知相关部门，以便及时清理和维护时刻做好5S工作，维护设备及周边环境清洁设备保持干燥，控制车间的温湿度,卷绕Winding,工艺要求极耳芯包的包覆芯包的外观极耳中心距极耳与极片无断裂；极耳无褶皱；极耳中心距符合规格芯包的包覆头尾部的Overhang符合工艺要求；隔膜、正极和负极的Overhang符合工艺要求；Mark孔的位置要符合卷绕设备的要求；芯包的外观隔膜无破损，裂口；终止胶带无褶皱，不能超出电芯两端的隔膜纸边缘区；芯包无抽芯、黑圈、隔膜需平齐；,卷绕机,卷绕Winding,控制要点：卷绕头部尾部，负极超出正极5mm以上电芯卷绕时上下端的Overhang必须符合工艺规格，超出规格前期出现安全短路或者后期会出现安全事故，X-ray抽检芯包正负极片对位不齐，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，甚至引起安全问题贴终止胶带带外观，脚趾无褶皱，不能超出电芯两端隔膜边缘处卷芯外观：无抽芯，黑圈、隔膜需平齐极耳无明显的错位情况手动取芯包是，必须握紧芯包，避免人为因素造成电芯抽芯,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数卷绕机开机前，卷绕工巡检各部件螺丝是否松动，各密封部件是否有泄露现象，工作环境是否清洁检查收卷轴和备用轴是否在工作位置，卷绕机所有动作必须回到原点根据生产订单和生产工艺单要求设定卷绕机卷长和张力。吊收卷轴时要慢、稳，不得野蛮操作损坏设备。卷绕接引带的时候，仪器必须停止，防止接引带的时候压手卷绕机运转时人不许进入运转区域运行过程中中一旦发现问题必须及时记录并通知相关部门，以便及时清理和维护时刻做好5S工作，维护设备及周边环境清洁设备保持干燥，控制车间的温湿度,装配Assembling,工艺要求极耳完好度；超声焊和软连接激光焊接的效果；入壳卷芯的完好性。极耳冲孔的完好度极耳与极片无断裂；极耳无褶皱；超声焊的完整度正负极焊区外观无裂纹；垫片边沿无翘起；焊印区剥离残留量50%；入壳电芯的完好电芯必须是无短路现象；表面平整，无破损；壳体无毛刺、菱角；入壳时，电芯不得划伤。,热压机,超声焊接机,装配Assembling,控制要点：热压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，影响下步操作超声波焊接时焊接区外观无裂纹，避免虚焊，会导致电池断路或内阻偏大激光焊接位置不当，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，容易出现安全问题做好防焊渣的工作，焊渣不可进入电芯极耳贴胶时无折叠，无起边，能完全覆盖热熔时尽量避免出现PET膜拉线的现象预焊时要保证顶盖和壳体完全重合，顶盖和壳体之间无凹陷，无凸起，无缝隙终焊时，用吸尘器对电芯顶部进行吸灰一次，排除焊接区的表面异物装配过程中保持芯包表面的清洁转运过程中不要对芯包有重力撞击或者尖锐物品刺穿隔膜造成短路,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数必须保持每一步的5S清洁，任何一个岗位5S不合格都会造成批量的电芯坏品热压和热熔工序操作时佩带好隔热手套激光焊接岗位必须佩带防护目镜和隔热手套电芯入壳时一定要清理掉PET膜拉丝的情况选择完好无缺的铝壳，不要重力撞击铝壳每一个工序频繁出现同一个问题时，必须停止生产，找出问题点并做好改善方案，制定好防范措施。避免以后再次出现类似的情况设备保持干燥，控制车间的温湿度定期对设备进行维护，生产前排除设备因数,激光焊接LarserWelding,工艺要求壳体与顶盖完好度电芯预焊效果；终焊的效果；壳体与顶盖完好度入壳后顶盖和壳体无明显的缝隙；壳体与顶盖之间不存在任何异物；电芯预焊效果顶盖中间区域与壳体完全稳合；脊柱没有被激光损坏；预焊接后顶盖不翘起，不凹陷；终焊的效果电芯无爆点现象；电芯的气密性合格；焊接区表面有金属光泽，无氧化；焊接后顶盖不翘起，不凹陷。,三通道激光焊接机,预焊激光焊接机,激光焊接LarserWelding,控制要点：调节好保护气的压力预焊和终焊做好焊接防护预焊后的电芯做一次清洁工作，清除掉表面的灰尘或者其他异物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优化焊接参数，减少爆点率焊接完的电芯要做气密性检检测，出现漏检或误检影响电池的注液并出现盖底板漏液,18,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数激光焊接岗位必须佩带防护目镜焊接完电芯温度比较高，佩带好隔热手套定时清洁焊接枪头的焊渣，以免焊渣挡住激光定期更换焊枪的保护镜片，焊渣过多的情况下，激光无法聚焦每一个工序出现同一个问题时，必须停下来找出问题点再开始生产。并做好总结，避免今后出现类似的情况设备保持干燥，控制车间的温湿度定期对设备进行维护，生产前排除设备因数,电芯烘烤Baking,工艺要求:干燥能力工艺烘烤温度的确认；（95）烘烤循环的设置；（加温干燥、保温干燥、换氮气、抽真空、保温干燥）真空度的要求；(-0.09MPa)周转环境的要求；温度2030，相对湿度45%，必须经过专用通道进入注液间。,19,控制要点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,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数烘烤电芯结束待电芯降温后再取出电芯设备保持干燥，控制车间的温湿度定期对设备进行维护，生产前排除设备因数,真空干燥箱,注液,工艺要求：注液环境要求注液量的精准电池表面洁净度注液环境要求温度2327，露点-45注液量的精准注液泵调节，电子秤的校准和清零。电池表面洁净度防止电解液残留在壳体，有电解液及时用吸水性强的碎布/无尘纸擦干净。,注液机,注液,控制要点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前必须检测电解液的水含量,注意事项：操作人员必须接受岗前培训合格方可持证上岗，并严格遵守被操作规程除了必要的维护人员，严禁非本岗位人员操作设备或更改参数注液操作人员必须做好防护措施。具有腐蚀性，勿入眼、口，勿触皮肤。如误触，立即用清水冲洗，严重者，按强酸烧伤就医长时间保存的电解液不要用玻璃制品保存要定期检查注液机紧固件是否松脱，传感器、电机、气缸、电磁阀等是否故障，以免造成不必要的损失注液前后注液后必须保持设备的5S合格。设备保持干燥，控制车间的温湿度定期对设备进行维护，生产前排除设备因数,化成PIEF,工艺要求：化成时间是否合法工艺；化成工艺的确认；化成工步及参数设置；电池两极与化成柜两极的对应充电过程巡查，异常及时处理,化成设备,化成PIEF,控制要点：根据工艺要求设置工步，小电流充，最终电压不高于3.7V；根据材料设计化成流程温度对化成影响较大，所以要控制化成的温度。化成的通道和电芯要一一对应