鉅大LARGE | 點擊量：1719次 | 2021年04月19日
你了解極片制造對鋰離子電池性能一致性有什么影響嗎？
由于受到當前鋰離子電池原材料、制造技術的限制，單體電池無法為電動汽車供應足夠的能量，要將鋰離子電池進行串、并聯做成電池模組，再將模組組成pack進行使用。將不等數目的鋰離子電池共同用于同一個pack時，pack的使用壽命和性能則遠不及單體電芯的使用壽命和性能。這是因為電池的原材料、制造工藝、設備的穩定性、操作工的操作熟練程度不一等因素造成的。鋰離子電池的制造過程非常復雜，每一道操作工序的微小差別，累積起來會造成較大的成品電芯性能差異。
01、鋰離子電池性能不一致的弊端
電芯性能的差異重要體現在電芯容量、內阻、電壓等方面。電芯成組之后在充電過程中，容量小的電芯會先充滿電，容量大的電芯還會繼續充電，這樣就造成容量小的電芯過充電。過充電的過程中，鋰離子會在石墨負極表面析出枝晶鋰，長時間的過充電可能會導致金屬鋰由石墨表面縱向生長刺穿隔膜，引起電芯短路甚至起火爆炸。電芯模組在放電過程中，容量小的電芯會先放完電，但是其它電芯還未放完電，假如想要放出剩余電量，容量低的電芯勢必會造成過放電。放電深度對電芯的壽命有著關鍵性的影響，假如長時間過放電則會影響到整個模組的使用壽命。同樣，在串并聯電路中，單體電芯內阻的差異也會在充放電過程中體現出部分電池充電快、發熱量大、放電倍率不同等差異，最終造成電芯模組的容量衰減、壽命衰減。
02、影響鋰離子電池一致性因素之制漿
電芯性能不一致性的原因有很多，極片的制造絕對算是重要原因之一。制片工藝重要包括混料制漿、極片涂布、極片輥壓、極片分切、極片沖切等工序，可謂是影響電芯性能的關鍵工序。混料制漿是制片過程中第一道工序，鋰電工藝員認為混料制漿效果對電芯的品質影響程度大于30%。鋰電漿料的一致性對后續的涂布、輥壓和極片的一致性有著重要影響，表征鋰電漿料性質的因素重要有漿料流動性（是否適合涂布）、漿料沉降性（沉降快慢、漿料穩按時間）、漿料的均一性（粘結劑、導電劑是否分散均勻）、粘度穩定性（是否能在涂布完成之前保證漿料粘度穩定）固含量（固含量影響的是涂布效率、生產成本以及極片的質量）、漿料的粒度（刮板粒度儀測試，一般要求小于25μm，過大不利于漿料涂布，可能會造成刮箔，一般要過濾處理）。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
影響鋰電漿料一致性的因素重要有攪拌工藝、攪拌設備、原材料差異、環境控制、操作工人熟練程度。在這里先不講操作工人的熟練程度，這個可以通過培訓、實操等提升，完成之后對漿料性質沒有太大的波動。以上提到的影響因素中，都是相互關聯的。混料制漿工藝因公司而異，目前主流攪拌工藝重要有兩種，一種是濕法攪拌工藝，一種是干法攪拌工藝。兩種工藝的差別見：無論采用哪種工藝體系，關鍵是把握該種工藝在制漿過程中的適應性。攪拌工藝的變量是攪拌速度（包括混料速度、分散速度）、攪拌時間（同樣關于各步驟時間）、漿料溫度控制、加料的順序等。攪拌工藝的變動對漿料一致性肯定會出現差異，在攪拌工藝成熟不變的情況下，影響漿料一致性的原因可能來源于設備、原材料及環境控制。
目前各大鋰離子電池廠家采用的混料制漿設備重要是行星式混料機，此外還有部分雙螺桿擠出機。根據相關政策，政府對鋰電廠的產品產量有一定的要求，要采用大容積的攪拌機。然鵝，攪拌機的容積不能無限擴大，擴充產量只能通過新增攪拌機數量來解決。攪拌機數量增多，必然帶來設備的差異性。攪拌機之間的差異性重要在于設備廠家（采購批次不同）、攪拌容積、攪拌功率、攪拌速度等，即使在保證攪拌線速度一致的情況下，也難免有攪拌掉轉、空轉等現象。攪拌軸及攪拌半徑的不同，在攪拌過程中與材料的接觸面積也不同，攪拌機對材料的輸出功自然不同，微觀上則表現為原材料顆粒間受到的剪切力不同。即，雖然看著攪拌線速度一致，但是攪拌效果不同，漿料分散程度略不同，表現出來則是漿料的分散性、細度和粘度的變化。為了保證鋰電漿料的一致性，目前有的廠家會在不同攪拌機制漿完成之后，在同一個攪拌容器中進行二次攪拌以提高漿料的一致性。雙螺桿擠出機原先是用于橡膠混煉的領域，近些年跨界進入鋰離子電池漿料制漿領域，可謂是攪拌領域的一條鲇魚。雙螺桿擠出機的優勢在于漿料一致性好、出料持續性好，關于鋰離子電池的量產大大有利，但是為何遲遲沒有打開鋰離子電池制漿市場呢？究其原因還是存在一些不足的，其劣勢先不表。
鋰電原材料的關鍵物理化學性質重要有晶體結構、晶相純度、晶體尺寸、顆粒形貌、表面積、陽離子混排、鋰離子擴散系數、充放電過程中的結構變化等。其中，影響漿料一致性的重要有原材料的成分組成、表面pH值、結構（包括導電劑、粘結劑等）、材料粒度、比表面積、振實密度、漿料原材料的配比組成等。在原材料配比、成分不變的情況下，重要考慮來料性質的一致性，例如pH值波動、吸水率、水分含量不同、粒度分布等，在來料性質出現微小波動的情況下要持續跟進，根據情況做出工藝調整。此外，還有混料制漿的環境控制，例如溫度、濕度等要保持均一性。
涂布工序分為三個板塊，一是漿料上料系統，二是涂布系統，三是極片烘干系統。三位一體，要每個系統都能維持穩定，才能保證極片的一致性。
漿料上料系統是將攪拌完成后的漿料轉移到儲料罐后，通過隔膜泵轉移到過渡缸中，然后利用螺桿泵將漿料穩定輸出通過過濾裝置、除鐵裝置輸送給涂布設備進行涂布。在漿料自動上料系統中要注意的幾個點是：防止儲料罐中漿料的分層、過渡缸中漿料液位、螺桿泵的穩定性、過濾罐的堵塞要及時清理等。下圖是某種自動上料系統的示意圖。
鋰離子電池漿料的涂布方式重要有逗號刮刀式、轉移式、狹縫擠壓式涂布。三種涂布方式各有其特點，刮刀式重要應用于實驗室條件下，轉移式涂布重要應用于3C電池的生產，狹縫式擠壓涂布重要應用于動力鋰電池。表征極片穩定性的參數重要是極片面密度、極片厚度以及粘結性。在涂布系統中，影響極片一致性的因素重要有涂布頭制造精度、螺桿泵輸送漿料穩定性、壓縮氣體穩定性、速度穩定性以及動態張力的控制等。
極片烘干系統重要由數節不同溫度分布的烘箱組成，目的是烘干極片。在烘干系統中要注意的是烘干溫度的設置，涂布過程中假如溫度過高容易導致極片龜裂，溫度低則極片不能完全干燥，都會造成電池局部極化不一致。此外還要注意防止粘結劑上浮的問題。
在涂布工序經常出現的問題是頭厚尾薄、雙側厚邊、點狀暗斑、表面粗糙、露箔等缺陷。頭尾厚度可以通過涂布閥或間歇閥的開關時間來調整，厚邊問題可以從漿料性質、涂布間隙調整、漿料流速等方面改善，表面粗糙不平整有條紋等可以通過穩定箔材、降低速度、調整風刀角度等改善。
