鋰離子電池是一種二次充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。根據(jù)外形來(lái)分，目前新能源汽車(chē)市場(chǎng)上常見(jiàn)的電池分為三類(lèi)：方形鋁殼電池、軟包電池及圓柱電池。

圖1 不同種類(lèi)的鋰離子電池

       軟包鋰離子電池是指采用鋁塑膜為外包裝的電池。相比于方形鋁殼電池及圓柱電池，軟包電池在發(fā)生安全隱患的時(shí)候一般先脹氣，或者從沖破封印處釋放能量，不易發(fā)生爆炸，因而安全性能更高；同時(shí)，同等容量的軟包電池要比方形鋁殼輕，具有更高的能量密度。此外，軟包電池的形狀可根據(jù)客戶(hù)的需求定制，設(shè)計(jì)上更加靈活，在新的型號(hào)的電池開(kāi)發(fā)上更占優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，軟包電池也存在劣勢(shì)，目前的鋁塑膜大都依賴(lài)進(jìn)口，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)線的自動(dòng)化程度不如方形鋁殼高，生產(chǎn)效率較低。近年來(lái)，隨著鋰離子電池生產(chǎn)工藝的不斷提升及設(shè)備的改進(jìn)，軟包電池的生產(chǎn)效率也在不斷提升。

圖 2  軟包鋰離子電芯拆解示意圖

       軟包電池的主要由正負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼構(gòu)成。電池兩頭凸起的部件為電池的極耳。鋰離子電池的極耳分布包括單頭出極耳及雙頭出極耳。以單頭出極耳為例，拆解后的電池示意圖如圖2所示。不難發(fā)現(xiàn)軟包鋰離子電池的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，正極、負(fù)極、隔膜。除此之外，軟包電池還需要電解液來(lái)作為離子傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

       鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜，以萬(wàn)向一二三為例，主要包括：勻漿、涂布、碾壓、沖片、疊片、封裝、注液、化成幾個(gè)工序。如下圖所示。

       勻漿：鋰離子電池的極片是電芯中最重要的組成部分，勻漿即指鋰離子正負(fù)極片上的所涂漿料的制備過(guò)程，漿料的制備需要將正負(fù)極物料、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑進(jìn)行混合，所制備的漿料需要均一、穩(wěn)定。不同鋰電池生產(chǎn)廠家都有自己的勻漿工藝配方，勻漿過(guò)程中的加料順序、加料比例及攪拌工藝都對(duì)勻漿效果有著極大的影響。勻漿結(jié)束后需要對(duì)漿料進(jìn)行固含量、粘度、細(xì)度等測(cè)試，以確保漿料性能滿(mǎn)足要求。

       涂布：制備好的正、負(fù)極漿料需涂覆在鋁箔或者銅箔上并烘干，這個(gè)過(guò)程即為涂布。涂布工藝是鋰離子電池制造的核心工序，在很大程度上決定著鋰離子電池的性能。涂布后的極卷要求表面平整，色澤均一，無(wú)露箔、顆粒、劃痕、褶皺等。

       碾壓：涂布后的極片還需經(jīng)過(guò)碾壓，碾壓是通過(guò)軋輥與極片之間產(chǎn)生的摩擦力將極片拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，電池極片受壓變形，并致密化。極片的碾壓是正負(fù)極板上材料壓實(shí)的過(guò)程，其目的在于增加正極或負(fù)極材料的壓實(shí)密度。合適的壓實(shí)密度可以增大電池的放電容量，減小內(nèi)阻，減小極化損失，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命，提高鋰離子電池的利用率。但壓實(shí)密度的過(guò)大或過(guò)小都不利于鋰離子的嵌入或脫出。因此，電池極片實(shí)施輥壓時(shí)，軋制力不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，應(yīng)符合極片材料的特征。

       分切、沖片：由于產(chǎn)能及效率要求，生產(chǎn)中的極卷都相對(duì)較大，碾壓后的極卷還需切至所需極片尺寸，這個(gè)過(guò)程就是分切和沖片的過(guò)程。

       疊片：分切后的極片需要按照負(fù)極、隔膜、正極、隔膜、負(fù)極、隔膜、正極……正極、隔膜、負(fù)極的順序進(jìn)行堆疊，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為疊片，堆疊之后的極片稱(chēng)之為電芯。疊片的方式包括Z字型疊片及搖擺式疊片。部分廠家在此工序采用卷繞工藝，相比于卷繞工藝，疊片工藝的劣勢(shì)在于對(duì)極片的對(duì)齊精度要求較高，且目前？疊片機(jī)效率較低、自動(dòng)化程度低。但疊片工藝的電池性能較卷繞工藝更加良好。隨著新能源行業(yè)的不斷擴(kuò)大和發(fā)展，考慮到電池在安全性、產(chǎn)線集體效率等問(wèn)題，疊片工藝依然是長(zhǎng)期發(fā)展的趨勢(shì)。

       封裝：堆疊好的電芯還需經(jīng)過(guò)極耳焊接，將焊接好的電芯放置于沖坑后的鋁塑膜中并進(jìn)行頂、側(cè)封等工序，即為封裝。封裝好的電芯如圖3所示。除電芯本體外，鋁塑膜還留有余量，這部分稱(chēng)為氣袋，這是因?yàn)殡娦驹诨蛇^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，這部分氣體會(huì)隨著氣袋在degas工序一并去除。

圖3 封裝后電池

       注液：注液即向封裝后的電芯中注入電解液的過(guò)程。電解液的作用是為電池中離子的傳輸提供載體。在電解液中加入特定的添加劑，可以提高鋰離子電池在安全或高低溫等方面的性能。

       化成：注液后的電池還需在小電流下進(jìn)行充電，相當(dāng)于對(duì)鋰離子電池的激活過(guò)程。首次充電過(guò)程中負(fù)極的表面會(huì)形成SEI膜。SEI膜的性能直接決定了鋰離子電池的倍率、自放電性能，因此化成工藝的好壞直接決定了電池的質(zhì)量?；蛇^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體會(huì)影響電池的性能，因此化成后的電池還需經(jīng)過(guò)除氣，即Degas過(guò)程。為了保證電池性能的一致性，鋰離子電池還需進(jìn)行分容、內(nèi)阻、自放電等測(cè)試，把不同性能的電池進(jìn)行分組。

       以上過(guò)程即為單體電池的制備過(guò)程。將同組別的單體電池按照一定的串并聯(lián)方式組裝，就可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

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