新能源汽车制造工艺课件：动力电池电芯制造工艺与流程

动力电池电芯制造工艺与流程问题引入动力电池电芯制造工艺与流程涵盖了从原材料选取到成品电芯产出的完整环节，涵盖正负极材料制备、电解液配制、隔膜处理等关键工序。在制造过程中，要精准把控哪些工艺工艺参数？要对电芯的哪些指标进行细致检测让我们一起探究这个问题吧！动力电池电芯制造工艺与流程锂离子电池的结构主要包括正极、负极、电解液、隔膜和外壳。生产过程一般可分为前、后两个部分。电芯制造前段工艺包括筛粉、烘粉、配胶、合浆、涂布、辊压、分切、制片、卷绕、入壳、底焊、辊槽及烘烤等流程，前段工序的核心是将粉末状的正负极材料制作成一颗卷芯。电芯制造后段工艺包括注液、焊接、封口、清洗及套膜等流程。其中，前端生产工艺是决定电池性能的关键。动力电池电芯制造工艺与流程具体生产流程与工艺要求如下：第一道工序：筛粉。导电剂是制备锂离子电池电极的基本原料。制作锂离子电池电极时，先将导电剂倒入筛粉机，按下启动按钮，筛粉机开始工作，直到导电剂完全磨成粉末。该程序要求导电剂必须完全磨成粉末状，且不得有任何颗粒。动力电池电芯制造工艺与流程第二道工序：烘粉1）正极、锂离子电池正极材料（磷酸铁锂、钴酸锂）置于140℃恒温箱中8小时，抽真空2小时，然后烘烤1小时，抽真空半小时。将干燥后的磷酸铁锂和钴酸锂放入50℃恒温箱中保存。对于长期存放，每天早晚需要疏散1小时，以便随时取出使用。2）负极、石墨、锂离子电池负极材料CMS置于140℃恒温箱中8小时，然后抽真空2小时，然后烘烤1小时，抽真空半动力电池电芯制造工艺与流程第三道工序：配胶1）正极：将粘结剂PVdF溶解于NMP中，加入含锂盐的有机溶剂中，制备正极浆料。配置比为：3gPVdF:30gNMP=1:10。2）负极：用NMP溶解粘结剂PVdF，与负极活性材料石墨或MCMB混合，制备负极浆料。配置比为：PVdF:NMP=1:10。3）配胶时间及温度：正极50℃恒温2小时；负极60℃恒温2小时。动力电池电芯制造工艺与流程第四道工序：活性材料的制浆搅拌，也称为匀浆（图2-66）。匀浆工序是指正极或负极粉末、导电剂及黏接剂按一定比例均匀混合成悬浊浆料。在匀浆车间，将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起，充分搅拌分散后，形成浆料。充分搅拌匀浆罐中正负极所用的材料。动力电池电芯制造工艺与流程第五道工序为涂布工序。如图2-67所示，涂布工序是指将浆料通过涂布机在集流体表面涂覆一层厚度均匀的涂层，即将上一道工序已经搅拌好的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体（铝箔或铜箔等）上，然后在专用油加热的烘箱中进行悬浮干燥烘干溶剂，以避免浆料流动，保证均匀的附着力。动力电池电芯制造工艺与流程涂布过程中需要保证极片厚度和重量一致，保证成品电池性能的一致性，必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则会导致电池放电过快，甚至会出现安全隐患。工艺流程：1) 按顺序将涂层温度设置为100℃、120℃、120℃和110℃；2) 当机器温度升高时，用酒精或丙酮擦拭涂有涂层的钢辊、橡胶辊和刀辊；3) 调整涂层机头上刀与辊之间的间隙；4) 调整电极涂量在适当范围内；5) 用塞尺检查两侧间隙是否一致，符合要求。动力电池电芯制造工艺与流程第六道工序：碾压。涂布完成后，将电极按要求依次穿过各辊（图2-68），极片需通过辊压机根据需要调整轧辊间隙、收放卷位置、张力纠编等，并用试片试压，确保试压后的试片厚度符合工艺参数要求后，正确安装待压极片。动力电池电芯制造工艺与流程第七道工序：正负极分切。先用试片试压，确保试压后的试片厚度符合工艺参数要求。将根据需要生产电芯的尺寸进行分切（图2-69），将碾压后的极片根据需要生产电池的尺寸进行分切，并充分管控毛刺的产生，避免毛刺扎穿隔膜，产生严重的安全隐患。动力电池电芯制造工艺与流程第八道工序：正极片烘烤。如图2-70所示，分切完成后，通过烘烤极片里的水分处理掉，否则会影响电池性能，但是，需要注意的是：水分过少会产生掉粉，同样会影响电芯的性能。该工序最主要的工艺管控点在于环境的湿度控制，因为水分是锂离子电池生产过程中需要严格控制的关键指标，环境湿度较大、水性黏结剂的使用等因素都会导致极片制备过程中水分含量的增加。动力电池电芯制造工艺与流程第九道工序：电芯卷绕。如图2-71所示，将电池的正极片、负极片、隔离膜以卷绕的方式组合成裸电芯，在这个过程中，烘烤后极片被加上白色的隔膜后在这里缠绕成卷芯。由于负极需要包裹正极，中间还有隔膜，正负极极片的差需要控制在零点几毫米内完成负极包裹正极与隔膜，所以，为了保障电芯极片不错位，需要使用先进的CCD视觉检测设备来实现自动检测和自动纠偏。动力电池电芯制造工艺与流程第十道工序：电芯装配（图2-72）。电芯卷绕成卷芯后，在装配线上将电芯从入壳到清洗套膜进行电芯装配。动力电池电芯制造工艺与流程第十一道工序：去除水分和注入电解液。电芯烘烤是为了使电池内部水份达标，确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。注液就是往电芯内注入电解液，通过注液机将电解液注入烘烤后水分要求合格的卷芯，电解液就像电芯身体里流动的血液，能量的交换就是带电离子的交换。动力电池电芯制造工艺与流程第十二道工序：正极帽盖焊接封口。将注液后的电芯加上帽盖后进行焊接封口（图2-74），将盖板与正极耳焊接在一起，这时整个盖板就是电池的正极，焊接的管控点在于防止虚焊、偏焊及盖帽外观不良。动力电池电芯制造工艺与流程第十三道工序：清洗工序，目的是清除电池钢壳表面残留的电解液，防止电解液腐蚀钢壳，而套膜工序是保证电芯正负极端分开，防止外部电路发生短路，同时使电池有一定的美观度，这两道工序还需要对外观不良电芯进行筛选。动力电池电芯制造工艺与流程第十四道工序：喷码装盘（图2-75）。所有制造好后的每一个电芯单体都具有一个单独的二维码，记录着出生日期，制造环境，性能参数等等。强大的追溯系统可以将任何信息记录在案，在以后的使用过程中如果出现故障，只要通过扫码就可以看到这颗电池的所有信息，谁家提供的原材料，在哪条生产线生产，生产过程中的一切环节都能做到有据可查，同时，这些大数据可以提供电池后续改良设计的数据支持。动力电池电芯制造工艺与流程第十五道工序：通过化成将电芯激活。锂电池后端的生产过程主要分为容分、化成、测试包装和储存四个步骤。化成是对注液后的电芯进行激活的过程，通过充放电使电芯内部发生化学反应形成SEI膜（SEI膜：是锂电池首次循环时由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应，所以会形成一层钝化膜，就像给电芯镀了一层面膜。），保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠和长循环寿命。动力电池电芯制造工艺与流程如果任何一个电池有问题，可能会影响整体性能。因此，生产的电池在PACK前必须经过筛选,电池筛选工艺包括活化、化成、陈化、分选及分容工序。动力电池电芯制造工艺与流程活化工序是使电池膜在恒温环境中保持一段时间，使电解液充分渗入极片和隔膜，以防止电解液的不均匀润湿导致锂沉淀，活化过程需要控制环境的温度和时间。化成工序是锂离子电芯的第一次充电。此步骤使电极表面形成“固体电解质界面膜”（SEI膜），这意味着在锂离子电池首次充电期间，电解液通过氧化还原分解。陈化工序是将电池在一定的恒温环境中保持一定的充电状态一段时间，并通过测试前后的电压来筛选数据，以消除电压降过大或异常的电池。动力电池电芯制造工艺与流程分选工序是根据电芯的交流内阻选择不同的内阻齿轮电池，消除异常内阻电池，便于选择合适的电池来进行串、并联。因此，内阻对电芯的选择是很重要的一个参考指标。分容工序是根据不同的容量尺度来测量电池容量，剔除不合格电池。动力电池组使用的电芯必须是经过电压降、内阻和容量筛选的合格电池。由于容量与温度的关系较大，容量划分时环境温度控制越精确，容量越接近真实值，档位分配越精确。动力电池