《储能电芯智能制造技术》课件 项目三 电芯后段工艺与检测

Contents项目一电芯极片智能制造工艺及装备项目二电芯装配项目三电芯后段工艺与检测项目三电芯后段工艺与检测概述任务1电芯化成任务2电芯分容任务3电芯检测概述电芯制造工序1.任务引入经过前段和中段工序红移圆柱形储能电芯初步制作成形，但此时电芯还未激活，无法正常使用，需要经过化成激活内部活性物质。工作人员按照化成工艺流程对电芯进行预化成、静置陈化、化成等工序完成电芯化成，检查电芯化成后的产品质量并完成数据报告。任务一电芯化成2.相关理论知识化成是对注液后的电芯进行激活，通过充放电使电芯内部发生化学反应形成钝化膜层（简称SEI膜）保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠、贮存和长循环寿命等性能。任务一电芯化成图3-1电芯充放电过程（1）化成原理2.相关理论知识任务一电芯化成锂离子电池首次充放电循环时，在电解液和负极材料在固液相间层面上发生化成反应，负极表面的溶剂、电解质以及杂质（表3-1）反应生成固体、气体和液体，其中液体产物溶解在电解液中。表3-1化成反应所有可能发生的化学反应（2）化成反应2.相关理论知识任务一电芯化成固体产物：烷基碳酸锂(ROCO2Li)、烷氧基锂(ROLi)、碳酸锂(Li2CO3)、LiF、Li2O、LiOH等，最终形成SEI膜。SEI膜电子绝缘性离子导电性稳定性电池性能自放电率安全性电解液

化成工艺（电流和温度）图3-2

SEI膜示意图2.相关理论知识气体产物不利影响：电池膨胀、阻抗增加、安全风险增加任务一电芯化成图3-3锂电池膨胀鼓包气体产物：C2H4等烃类气体和CO2、H2等无机气体。气体的种类和气体量与化成电压有关。表3-2化成至不同电压下的总产气量和组成2.相关理论知识任务一电芯化成图3-4水分对锂离子电池性能的影响液体产物：水分，水分会使电池性能变差，使化成过程产气量增大发生膨胀、内阻升高和循环性能变差等。电解液中的水锂盐分解产生HF缩短电池寿命严格监控粉体材料中的水含量2.相关理论知识任务一电芯化成①预化成：对电芯小电流的充电，通过预化成排除化成反应中产生的气体，防止电池封口后的气胀（圆柱形电池除外)。预化成通常为恒流充电达到电量的10%-30%时停止。②静置陈化：电芯在第一次充电化成后静置。使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定，保证电池电化学性能的稳定性。陈化室温陈化高温陈化45℃～60℃工艺简单

电池一致性（难以保证）控制一致性，加速反应速度

温度、时间调控（过高电池性能下降）（3）化成工序2.相关理论知识任务一电芯化成③化成：对电芯小电流的充电，恒流充电至电容量达到70%～80％。表3-3锂离子电池的典型化成制度化成对电芯的作用：（1）锂离子首次从正极晶格进入电解液与负极，激活活性材料。（2）部分锂离子在负极表面形成SEI膜。稳定负极与电解液界面。（3）通过首次充电，排除部分装配异常的电池，如水分含盘超锅或短路等电池。（4）首次充电过程中，产生气体，软包或铝壳锂离子电池在化成后将气体抽去，避免鼓胀。2.相关理论知识任务一电芯化成电池化成柜：化成柜的工作模式可调，具有恒流充放电、恒电压充电、恒功率放电、恒阻放电、静置等模式。图3-5电池化成柜的工作示意图3-6电池化成柜（4）化成设备2.相关理论知识任务一电芯化成高低温静置柜：高低温静置柜主要由外壳、保温层、内胆、加热制冷系统和控制系统组成。工作原理：需要模拟高温环境时，控制系统会启动加热系统，通过加热元件产生热量并传递给试验箱内的空气，使空气温度升高，从而达到设定的温度值。同样地，当需要模拟低温环境时，控制系统会启动制冷系统，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，从而降低试验箱内的温度。图3-7高低温静置柜3.任务实施任务一电芯化成车间工作任务储能电芯生产过程生产岗位化成工艺岗位工艺路线原材料及设备准备步骤1：准备好已完成注液的电芯；步骤2：调试电池化成柜和高低温静置柜，确保正常运行；预化成步骤1：将完成注液的电芯放置在化成柜中，设置预化成电流（0.02C～0.05C）；步骤2：设置电压充电到截止电压3.4V或充电到容量的20%左右；静置陈化步骤1：将预化成后的电芯放置在高低温静置柜中进行陈化；步骤2：设置温度为45℃或60℃，静置12h或24h化成步骤1：将静置陈化后的电芯放置到化成柜中正式化成；步骤2：设置化成电流（0.1C），充电截止电压为4.0V以上；步骤3：检查化成后的电压，电压为3.85v以上合格，否则必须重新充电。注意事项合适的化成电流、化成电压、化成温度对优化和提高电池性能有非常重要的作用，实际操作过程中需防止电池反接、过充及接触不良等。车间管理7S管理THANKYOU1.任务引入电芯在制造过程中，即使是同一型号同一批次的锂离子电池，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，电芯产品出厂需要保证性能的一致性，由单体电芯组成的电芯组才能发挥更好的性能。工作人员对完成化成工艺的电芯进行外观检验、电压检验、容量分选、内阻分级、厚度检验等分容工艺。任务二电芯分容2.相关理论知识分容原理

通过使用电池充放电设备对化成后的电池进行充放电测试和定容，即在设备上按工艺设定的充放电工步进行充满电、放空电，进而得到电池实际容量。任务二电芯分容图3-8电芯分容原理动画（1）分容原理及作用2.相关理论知识任务二电芯分容表3-4电芯分容档次样例表分容作用

（1）确定电池的质量等级（测试出的容量与设计的容量偏差在10%以内即可视为合格）（2）电池分类组编（确保电池组中的电池具有相似的电压和容量特性，提高电池组的整体性能和均衡性。）2.相关理论知识任务二电芯分容图3-9分容工序流程分容工序

外观检验、电压检验测自放电、容量分选、内阻分级和厚度检验（主要针对于方形电池）。（2）分容工序2.相关理论知识任务二电芯分容图3-10工厂外观检验外观检验①电池外壳：检查电池的外壳是否有明显变形、划伤、压痕、异物、破损、脏污、腐蚀等情况（制造、运输）。②标签和标识：检查电池上的标签和标识是否完整、清晰，包括电池的型号、批次、生产日期等信息。（测试、追溯）。③接口和密封：检查电池的接口是否干净、无锈蚀，以及电池的密封是否完好。（漏电、短路）2.相关理论知识任务二电芯分容电压检验测自放电方法一：直接测量容量的损耗。将被测电芯充电到一个期望的荷电状态，开路搁置一段时间（7天或28天），之后测量电池的放电电量来判断其自放电性能。

自放电率=(放电容量/额定容量)×100%方法二：压差法。将电池在常温下静置，静置时间为7~21天，在静置前后记录电池的开路电压（OCV），通过静置前后的电压降计算得到K值。通过K值的结果，将电压不合格、自放电较大的电池不良品除去。K=静置前后的开路电压差/静置时间2.相关理论知识任务二电芯分容图3-11容量分选操作流程容量分选把电池放在一起充放电操作，根据存电量的多少来把电池分成不同的等级或组别锂离子电池放电容量的测定方法：恒流放电至截止电压时所持续的放电时间(t)与电流(I)的乘积

C(mAh)=I(mA)×t(h)。例：一块BAK18650C4额定容量为2200mAh的电池在常温下用恒流0.5C(1100mA)放电，由4.2V放电至3.0V时所持续的时间为123min,计算它的放电容量(C)。放电电流×放电时间=1100mA×123/60h=2255mAh，故该电池的放电容量为2255mAh。2.相关理论知识任务二电芯分容图3-12内阻仪测试电池内阻内阻分级电池的内阻大小反映出锂电池的放电能力和寿命。电流通过顺畅内阻小放电能力强加速电池老化内阻大不利于电池寿命2.相关理论知识任务二电芯分容图3-13厚度检验工具厚度检验（针对软包、方形电池）直接测量使用专业的测量工具（如厚度计）直接对锂电池的厚度进行测量。简单直观，但需要注意测量点的选择和测量精度的控制。非接触式测量利用激光、超声波等非接触式测量技术，对锂电池的厚度进行无损检测。减少对电池的破坏，提高测量效率。2.相关理论知识任务二电芯分容表3-5电芯分容分选指标分容分选指标分容分选指标全检项目全检项目需要对每块电池进行检测，主要包括开路电压、自放电、电池容量、电池尺寸(通常为厚度)、电池内阻和外观等。电池的全检项目指标与合格率有关，项目指标越严格，电池的合格率越低，制造成本越高。抽检项目抽检项目采取随机取样的方法进行检测,主要包括循环性能、倍率放电性能、高低温性能等电性能，以及短路、过充过放、热冲击、振动、跌落、穿刺、挤压和重物冲击等安全性能。以确保锂离子电池的性能、安全性和一致性达到最优状态。（3）分容分选标准2.相关理论知识任务二电芯分容表3-6某企业1800mAh的18650锂离子电池的分容分选标准分容分选标准样例2.相关理论知识任务二电芯分容图3-14化成分容柜化成分容柜：对充放电电流与电压全程监控，具有较高的充放电电流、电压以及充电时间等关键参数控制精度预判并保护电池，防止过充等危险。组成：电容量测试仪、分容控制仪、定时控制器、充电装置、放电装置、温度传感器。（4）分容设备3.任务实施任务二电芯分容车间工作任务储能电芯生产过程生产岗位分容工艺岗位工艺路线原材料及设备准备步骤1：准备好已完成化成工艺的电芯；步骤2：调试好化成分容柜，确保正常运行。外观检验通过人眼观察挑选出外观明显不合格的电池，检测缺陷包括划伤、压痕、异物、破损、脏污、腐蚀等。电压检验自放电步骤1：将电池在常温下静置，设置静置时间（7~21天）；步骤2：在静置前后记录电池的OCV1、OCV2，计算得到K值；步骤3：将电压不合格、自放电较大的电池不良品除去；步骤4：将通过电压一次检验和二次检验的合格品贴绝缘胶片；容量分选步骤1：将电芯恒流恒压充电至满充状态；步骤2：按照一定倍率（0.5C或1C）进行放电，一般放电至截止电压（2.75V）并记录放电容量；步骤3：剔除容量异常品后，将电芯按照放电容量的一定规则进行分组。内阻分级分容后的电池按内阻大小进行标准分级。车间管理7S管理THANKYOU1.任务引入为保证产品质量，工作人员需对每一批次电池产品随机挑选样品进行产品检测，以电性能和安全性能为主要检测项目，以锂电池国标测试为合格标准，电芯检测合格后方能出厂。任务二电芯分容2.相关理论知识充放电性能测试将电池正负极与测试设备连接进行充放电，记录充放电电压或充放电电流随时间的变化规律。任务三电芯检测恒流恒压充电模式：恒流放电模式：充电电压越低、变化速度越慢，电池在充电过程中的极化越小、充电效率越高，有利于使用寿命充电终点电压的高低反映电池性能，充电终点电压太高可能导致电解液分解或活性物质的不可逆相变，使电池性能急剧恶化。恒流连续放电，直到其放电截止电压。连续放电间歇放电恒流放电一定时间后间歇一定时间后再次放电，反复到其放电截止电压（1）电性能检测2.相关理论知识充放电性能测试

电池测试仪：检测电流、电压、容量、温度、电池循环寿命，并给出曲线图。电池测试仪有多个通道可供选择。可以单点启动，单点控制。电池测试仪通常有其对应的管理软件任务三电芯检测图3-15电池测试仪图3-16软件控制界面2.相关理论知识自放电性能测试国标规定，在（20士5）℃下，首先以0.2C的倍率充放电测量其放电容量作为储存前的放电容量，然后同样以0.2C的倍率充电并搁置28天后以0.2C的放电电流测量储存后的放电容量，再根据公式计算出自放电率或容量保持率。任务三电芯检测图3-17电芯不同温度下容量保持率图2.相关理论知识充放电寿命在一定的充放电制度下，化学电源的容量下降到某一规定值（初始容量的百分数）以前所能够承受的充放电循环次数。任务三电芯检测图3-18电池不同放电深度下电池循环寿命锂电池寿命指在理想的温湿度下，以额定的充放电电流进行充放电，计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。影响二次电池循环寿命的因素：电极材料、电解液、隔膜及制造工艺。2.相关理论知识高低温性能测试性能优良的电池在高温环境下（40℃、50℃甚至更高）能够保持相对稳定的性能，仍能正常充放电，不会出现严重的性能衰退或安全隐患。过高的温度可能会加速电池内部化学反应，导致电池寿命缩短或安全性能下降。电池在低温环境下（如-10℃、-20℃甚至更低）的性能会显著下降。主要表现为电池的最大充放电容量和端电压都会大幅降低，放电电压整体较常温更低。任务三电芯检测图3-19不同温度下电池放电表现国标测试方法：将化学电源在（20士5）℃下以0.2C充电后转移至低温箱或高温箱恒温一定的时间（低温下锂离子电池16～24h、高温下一般都为1～2h），然后以0.2C放电到规定的截止电压。2.相关理论知识内阻测试

任务三电芯检测由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。电池内阻欧姆电阻极化电阻发生在电极界面处，主要由传质、电极反应及电子传导不良导致。+内阻越大其电压特性越差，即充电电压越高而放电电压越；内阻越小，充电电压越低放电电压越高，总的电压特性越好。

电池内阻会随着电池的使用而逐渐增大。

内阻大的电池，充放电的时候内部功耗大，发热严重，造成电池加速老化和寿命衰

减，限制大倍率的充放电应用。。图3-20内阻仪控制面板图2.相关理论知识振动测试模拟锂电池在交通运输时，可能遇到的各种频率（10~55Hz）振动情况，发生潜在安全问题的可能性。目前国际上的测试要求，将电池固定在振动测试设备上，从10Hz开始，以每分钟1Hz的增幅，提升至55Hz。沿X、Y、Z轴方向，每个方向持续振动各90min左右。电池在振动测试下合格标准：不起火、不爆炸、不漏液、无明显损伤，电池容量损失小于5%。任务三电芯检测图3-21电池振动测试设备和动画（2）机械安全性能检测2.相关理论知识冲击测试测试电池在受到突然撞击时能否保持安全，比如手机从手中掉落、电动车电池在行驶中受到颠簸等。通过测试评估电池在受到冲击后的安全性能，是否会发生漏液、起火或爆炸等危险情况。任务三电芯检测图3-22电池冲击测试设备这个设备能够模拟出不同重量、不同速度的撞击情况，对电池进行精确的测试。测试条件：将电芯充满电，9.1kg重物从0.61m高度自由落体到直径15.8mm的钢棒（钢棒在测试电池上）。合格标准：不起火、不爆炸。2.相关理论知识自由跌落测试模拟锂电池在用户使用或电池装配过程中，无意间将电池掉落在地面的情况。评估电池在实际使用中的耐用性和安全性。任务三电芯检测图3-23电池自由跌落模拟动画国际和国内测试要求将电池从1m高度，重力自由下落到水泥地面上。用不同的方向重复若干次跌落。电池在自由跌落测试下合格标准：无明显损伤、不爆炸、不冒烟、不漏液、放电时间不低于51min。2.相关理论知识碰撞测试模拟锂电池在用户使用或电池运输过程中，可能遇到的强烈物理冲击的情况。国际和国内测试要求，将电池固定在冲击测试设备上，开始3ms至少要达到75g，直到125～175g的峰值加速度，进行半正弦冲击。电池在碰撞测试下合格标准：无明显损伤、不爆炸、不冒烟、不漏液。任务三电芯检测图3-24超过碰撞极限后的电池2.相关理论知识挤压测试设置挤压的方向、力度、速度等参数。一般来说，挤压力会设定为一定的范围，如13±1KN，并通过直径为32mm的钢棒平面挤压电池。在挤压过程中，需要密切关注锂电池的反应，如是否出现漏液、变形、温度升高等情况。观察并记录锂电池在挤压过程中的变化，包括外观变化、温度变化以及是否有异常声音或气味等。任务三电芯检测图3-25电池挤压测试示意图2.相关理论知识针刺测试模拟电池在受到尖锐物体刺穿时，可能发生的内部短路情况。一旦发生内短路，整个电池会通过短路点进行放电，大量的能量短时间内通过短路点进行释放（最多会有70%的能量在60s内释放），引起温度快速升高，导致正负极活性物质分解和电解液燃烧，严重的情況下会导致电池起火和爆炸。任务三电芯检测图3-26针刺测试设备2.相关理论知识喷射测试评估电池在极端条件下的安全性能，包括电池在失控状态下是否会产生喷射现象、喷射物的性质（如温度、压力、成分等）、喷射距离以及喷射物对周围环境和人体的潜在危害。任务三电芯检测图3-27电池喷射测试动画将