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动力锂电池生产工艺流程?

电池 2024-08-25 13:40

一、动力锂电池生产工艺流程?

关于这个问题,动力锂电池的生产工艺流程通常包括以下几个步骤:

1. 正负极材料的制备:正极材料通常使用锂铁磷酸盐(LiFePO4),负极材料通常使用石墨。这些材料需要经过混合、研磨、干燥等工艺步骤进行制备。

2. 涂敷电极材料:将正负极材料分别涂敷在铝箔(正极)和铜箔(负极)上,形成正负极片。

3. 组装电芯:将正负极片通过分层叠放的方式组装成电芯。正负极片之间加入隔膜,以防止短路。

4. 注液:将电芯放入注液机中,注入电解液(通常是含有锂盐的有机溶液),使正负极片充分浸泡在电解液中。

5. 封装:将已注液的电芯放入铝塑复合膜或铝塑复合袋中,进行封装,以防止电解液泄漏。

6. 充放电测试:对封装好的电芯进行充放电测试,检测其性能和容量。

7. 组装电池组:将多个电芯按照一定的排列方式组装成电池组,同时连接电芯之间的正负极。

8. 包装和成品测试:对组装好的电池组进行包装,同时进行成品测试,检测其性能和安全性。

9. 二次成型:将成品电池组进行二次成型处理,以提高电池组的安全性和稳定性。

10. 品质检验和出厂:对二次成型后的电池组进行品质检验,合格后出厂销售。

二、比亚迪锂电池生产工艺流程?

主要集中在“八大工艺”。这八大工艺包含了配料、涂布、辊压、叠片、装配、烘烤、注液、检测等生产环节,从原材料进入生产开端,到生产各个零部件的步骤,直至最后的检测出品。

八大工艺已经覆盖刀片电池实际生产的全流程,也就是说,刀片电池的创新不在于部分环节的创新,而是全领域品质的严苛把控。

在生产电池之前,刀片电池对生产环境有着十分严苛的要求,比如车间的无粉尘设计、26摄氏度的恒温控制、以及1%以下的湿度控制。

三、手机锂电池生产工艺流程?

提到电池,很多人都会知道其基本结构,如正负极耳、正负极片、隔膜、电解液等,但对于电池是怎么做出来的,知道的就很少。

而今天,我就来说说电池是如何生产出来的,当然主要说的是手机电脑等锂离子电池,其它设备的电池制造工序也大同小异,在此就不介绍了。

首先说一下电池的基本制造工序,后面我再对各个工序逐步介绍。

配料→涂布→碾压→分切→(制片)卷绕/叠片→封装/组装→烘烤→注液→化成分容→检测→PACK

以上就是锂离子电池基本的制造工艺流程,当然,其中的大工序中间可能会含有很多的小工序,这个会因为电池类型、电池型号、电池厂家、电池客户而有所不同。

一、配料

正极片敷料的主要成分是锂、粘合剂、导电剂;而负极敷料的主要成分是碳和粘合剂。

这个工序就是将正负极的材料高速搅拌成一种浆料,以用于后续工序涂布到铝箔铜箔上。

二、涂布

顾名思义,涂布的作用是将正负极浆料涂到铝箔和铜箔上,其中正极用铝箔,而负极用铜箔。

三、碾压

为什么要碾压?

一是因为涂布后的浆料比较疏松,容易产生掉料;二是锂离子电池为了提高能量密度,对于电池的体积是严格控制的,而控制电池体积,对于极片厚度的控制自然也是重中之重了。

现在手机电池的极片厚度控制一般在0.08到0.15毫米之间。

四、分切

分切的作用是什么?

主要是将很大卷的正负极片切成小卷的正负极片,是按照电池型号设计的正负极的极片宽度分切的,负极片宽度是比正极片宽度要宽。

目的在于万一,注意是万一负极片边缘的隔膜破损了,也不会因为正负极片接触而导致短路。而如果电芯出现负极片没有比正极片宽的情况,哪怕不知道会不会出现这个万一,也是必须报废的。

另外,一般而言,碾压、分切、(制片)卷绕/叠片这三个工序是真空快速周转的,即当天碾压后的极片24小时内送到(制片)卷绕/叠片产线进行生产,且中途是要包装好避免极片长时间与空气接触。

但有的工厂不具备这个条件,所以在分切后,极片会进行烘烤,才会到卷绕/叠片生产线上进行生产。

为什么要烘烤?

因为极片,特别是负极片长期与空气接触后会吸收空气中的水分,导致极片变厚。

烘烤就是为了去除水分,在后面的工序中还会有一道烘烤工序,也是为了去除水分。

五、(制片)卷绕/叠片

为什么制片加括号?

因为有的工艺设计中,制片已经跟卷绕融合成一个工序了,有的则是一个单独的工序。

这里要先说一下电池极耳的设计工艺,电池极耳有单极耳和多极耳的差异。

单极耳指的是正负极各有一个极耳,而多极耳则是正负极的极耳数量大于一个。

一般组合电池多是用多极耳,对电流要求高的单体电池也是用多极耳。

而多极耳的电池的制片工序就是单独的,先把极耳焊接到正负极片上,再转入后续工序。

后续工序就是卷绕和叠片了,卷绕和叠片只是两种不同的,将正极片、负极片、隔膜卷绕和叠成电芯的工序。

如果是单极耳电池,制片和卷绕可以在制片卷绕一体自动设备上完成的,而且极耳也是在卷绕机上自动焊接。

至于叠片工艺,不管是单极耳还是多极耳电池,制片工序都是单独的,可以是单独的制片产线,也可以是在分切车间制片。就是先把极片按照大小切成一片片的,才投入到叠片机上叠成极芯。

六、封装/组装

封装和组装是两种不同电池的工序,封装用于软包装电池,组装用于硬壳电池,软包装用的是铝塑膜,硬壳电池用的是铝壳。

软包装电池极耳上会有胶片用于封装,铝壳电池则没有。

现在的智能手机普遍是不可拆卸的电池设计方案,所以软包装的电池会比较多。

封装是将极芯装入铝塑壳中,再用高温加压铝塑膜的一侧和顶部,这样正负极的极耳上的胶片和铝塑膜中的材料融化后再凝固,就有了封合的作用,只保留一个气袋口用于注入电解液。

组装的则是电池装入铝壳后,用把正负极耳焊接到铝盖板上,然后使用激光焊焊合盖板与铝壳,盖板上留有有注液孔用于注液。

七、烘烤

烘烤其实也可以归类为注液工序,烘烤的作用是去水分。因为水分残留在电芯内部容易产生化学反应,导致电池发生鼓包。

八、注液

烘烤完后就可以注入电解液了。电解液只是电解质中的一种,也有半固态电解质和固态电解质,这种属于聚合物锂电池,比较少。

在注液这个工序,软包装电池和硬壳电池又有所不同。

硬壳电池会先注入一点电解液,然后进行首次短时间的充电,充完电后再进行第二次注液,二次注液后再用钢珠把注液孔封掉。

软包装电池则不同,软包装电池一次完成注液,然后再用高温将气囊袋侧也封掉。这次封合会封得比电芯本体宽一点,因为后续还有一次封合。

九、化成分容

化成就是给电池充放电,目的是为了形成一层覆盖于负极材料表面的钝化层。这种钝化膜被称为:固体电解质界面膜( solid electrolyte interface),简称为SEI膜,这层膜的作用是成为锂离子的导体。

化成之后,软包装电池又会比硬壳电池多出一道工序。由于软包装电池采用铝塑膜,在化成过程中会产生气体,所以需要将气囊袋刺破,再将气体抽出来,再进行第二次封合。二次封合之后才会对多余的侧边和气囊袋进行裁切掉。

化成之后就是分容了,分容只是对容量进行筛选挑出容量不良品而已。

十、检测

分容后的合格品就会转入检测工序了,会检验电池的外观和重量,然后进行电压检测、内阻检测、高压检测、耐压检测、整齐度检测等。

十一、PACK

先说一下,电池制造流程中,进行叠片或卷绕工序后的单体叫做极芯;封装或组装后一直到PACK之前的单体叫做电芯;PACK工序之后的才叫做电池。

不过到了PACK前的一步,电芯的完成度已经很高了,所以有些电池厂会将PACK外包给第三方厂商。

对于单体电池而言,PACK只是给电芯加上保护板、连接片等物件而已;对于组合电池而言还会将电芯组合在一起,不过手机行业用组合电池的非常少,山寨充电宝里倒是有不少。

当然,还有的组合电池是在组装工序就进行组合的,只不过那不是手机这类产品所用的,本文就不说了。

PACK工序完成之后,可以正常使用的电池就这样诞生了。

四、锂电池的生产工艺流程?

工艺流程一般包括以下几个步骤:

1. 步骤一:正极材料生产。将金属氧化物、导电剂和粘结剂等原材料混合,并在高温下烘烤成为正极材料。

2. 步骤二:负极材料生产。将石墨、导电剂和粘结剂等原材料混合,并在高温下烘烤成为负极材料。

3. 步骤三:电解液制备。将锂盐和有机溶剂等原材料混合,加热搅拌制成电解液。

4. 步骤四:电芯组装。将正极、负极和电解液等材料按照一定比例组装在一起,并封装成电芯。

5. 步骤五:电芯测试。对电芯进行容量、电压、内阻、循环寿命等方面的测试。

6. 步骤六:电芯组装成电池组。将多个电芯组装在一起,并加入温控装置、保护电路等元件,形成电池组。

7. 步骤七:电池组测试。对电池组进行容量、电压、内阻、循环寿命等方面的测试。

8. 步骤八:电池组封装。将电池组封装在保护壳体内,同时加入电池管理系统、接口等元件,形成最终的锂电池产品。

需要注意的是,锂电池的生产工艺流程可能会因不同厂家、不同产品等而有所不同。

五、锂电池正极材料生产工艺流程?

电池正极材料生产的流程:

步骤/方式一

第一个步骤是进行称量搅拌,

步骤/方式二

第二个步骤是高温烧结,

高温烧结工序是至关重要的一个步骤,因为正极材料所有的化学反应,都集中在这个一次烧结的过程中,这个过程中会经历一个装钵,然后是切块,其次是叠钵,最后进入窑炉进行烧结,在烧结过程中,需要控制烧结的温度,烧结气氛,烧结周期,才能使得生产出来的产品满足生产要求。

步骤/方式三

第三个步骤是进行中间处理,

步骤/方式四

第四个步骤是低温烧结,

步骤/方式五

第五个步骤就是进行除磁。

通常采用干式强磁磁选方式去除最终产品的磁性杂质颗粒。为提高磁选效率,建议选用磁感应强度大于30000GS 的磁选器,通过物料尽量呈薄层状松散态。

步骤/方式六

第六个步骤是包装出库。

六、锂电池的生产工艺流程与制造?

第一步--电极浆料制备  主要是将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起,充分搅拌分散后,形成浆料第二步--涂布  将第一步制备的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体(铝箔或铜箔等)上,并烘干溶剂 第三步--极片冲切  将上一步制作出来的极片冲切成指定的尺寸形状第四步--叠片  将正负极片、隔膜装配到一起,完成贴胶后,形成极芯第五步--组装软包电池  将上一步生产的极芯装入已经冲好坑的铝塑膜,并完成顶封、侧封等(还要留个口注液的哦),形成未注液的软包电池第六步--注液  将指定量的电解液注入软包电芯内部(当然电芯要经过烘烤,并且在低湿度环境下进行注液操作,水分含量过多就不好了哦)第七步--电池密封  在真空环境中将电芯内部的气体抽出并完成密封

七、三元锂电池生产工艺流程?

三元锂电池的生产工艺比较复杂,主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段),以及化成封装的包装检测阶段(后段),价值量(采购金额)占比约为(35~40%):(30~35)%:(30~35)%。差异主要来自于设备供应商不同、进口/国产比例差异等,工艺流程基本一致,价值量占比有偏差但总体符合该比例。

锂电生产前段工序对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等;中段工序主要包括模切机、卷绕机、叠片机、注液机等;后段工序则包括化成机、分容检测设备、过程仓储物流自动化等。除此之外,电池组的生产还需要Pack 自动化设备。

锂电前段生产工艺

极片制造关系电池核心性能

锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成,其第一道工序是搅拌,即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂,通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础,高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。

涂布和辊压工艺之后是分切,即对涂布进行分切工艺处理。如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现安全隐患。因此锂电生产过程中的前端设备,如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器,关乎整条生产线的质量,因此前端设备的价值量(金额)占整条锂电自动化生产线的比例最高,约35%。

锂电中段工艺流程

效率先行,卷绕走在叠片之前

锂电池制造过程中,中段工艺主要是完成电池的成型,主要工艺流程包括制片、极片卷绕、模切、电芯卷绕成型和叠片成型等,是当前国内设备厂商竞争比较激烈的一个领域,占锂电池生产线价值量约30%。

目前动力锂电池的电芯制造工艺主要有卷绕和叠片两种,对应的电池结构形式主要为圆柱与方形、软包三种,圆柱和方形电池主要采用卷绕工艺生产,软包电池则主要采用叠片工艺。圆柱主要以18650和26650为代表(Tesla单独开发了21700电池、正在全行业推广),方形与软包的区别在于外壳分别采用硬铝壳和铝塑膜两种,其中软包主要以叠片工艺为主,铝壳则以卷绕工艺为主。

软包结构形式主要面向中高端数码市场,单位产品的利润率较高,在同等产能条件下,相对利润高于铝壳电池。由于铝壳电池易形成规模效应,产品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市场领域均有可观的利润,在可以预见的未来,二者都很难被彻底取代。

由于卷绕工艺可以通过转速实现电芯的高速生产,而叠片技术所能提高的速度有限,因此目前国内动力锂电池主要采用卷绕工艺为主,因此卷绕机的出货量目前大于叠片机。

卷绕和叠片生产对应的前道工序为极片的制片和模切。制片包括对分切后的极片/极耳焊接、极片除尘、贴保护胶纸、极耳包胶和收卷或定长裁断,其中收卷极片用于后续的全自动卷绕,定长裁断极片用于后续的半自动卷绕;冲切极片是将分切后的极片卷绕冲切成型,用于后续的叠片工艺。

在锂电封装焊接方面,联赢、大族、光大的主流激光技术集成应用厂家均有所涉及,能够满足需求、无需进口。

锂电后段工艺流程

分容化成是核心环节

锂电后段生产工艺主要为分容、化成、检测和包装入库四道工序,占生产线价值量约35%。化成和分容作为后段工艺中最主要环节,对成型的电池进行激活检测,由于电池的充放电测试周期长,因此设备的价值量最高。化成工艺的主要作用在于将注液封装后的电芯充电进行活化,分容工艺则是在电池活化后测试电池容量及其他电性能参数并进行分级。化成和分容分别由化成机和分容机通常由自动化分容化成系统完成。

八、锂电池的原理及生产工艺流程?

第一步--电极浆料制备  主要是将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起,充分搅拌分散后,形成浆料第二步--涂布  将第一步制备的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体(铝箔或铜箔等)上,并烘干溶剂 第三步--极片冲切  将上一步制作出来的极片冲切成指定的尺寸形状第四步--叠片  将正负极片、隔膜装配到一起,完成贴胶后,形成极芯第五步--组装软包电池  将上一步生产的极芯装入已经冲好坑的铝塑膜,并完成顶封、侧封等(还要留个口注液的哦),形成未注液的软包电池第六步--注液  将指定量的电解液注入软包电芯内部(当然电芯要经过烘烤,并且在低湿度环境下进行注液操作,水分含量过多就不好了哦)第七步--电池密封  在真空环境中将电芯内部的气体抽出并完成密封

九、锂电池的生产工艺流程有什么?

锂电池的生产工艺流程:

第一步--电极浆料制备

主要是将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起,充分搅拌分散后,形成浆料。

第二步--涂布

将第一步制备的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体(铝箔或铜箔等)上,并烘干溶剂。

第三步--极片冲切

将上一步制作出来的极片冲切成指定的尺寸形状。

第四步--叠片

将正负极片、隔膜装配到一起,完成贴胶后,形成极芯。

第五步--组装软包电池

将上一步生产的极芯装入已经冲好坑的铝塑膜,并完成顶封、侧封等(还要留个口注液),形成未注液的软包电池。

第六步--注液

将指定量的电解液注入软包电芯内部。当然电芯要经过烘烤,并且在低湿度环境下进行注液操作,水分含量过多就不好了。

第七步--电池密封

在真空环境中将电芯内部的气体抽出并完成密封。

十、锂电池生产工艺如何?

近两年,新能源汽车行业动作频繁。从去年起,Polestar极星等新能源汽车品牌进入人们视野,而上汽大通MAXUS MIFA 9、岚图梦想家、腾势D9等新能源MPV扎堆抢占高端新能源市场。

根据《锂电池行业发展调研报告》,随着国内经济、环境、技术等多方面的影响,新能源汽车所采用的锂电池市场化正在加速发展,国内锂电池市场出货量逐渐攀升。

国内的锂电池行业发展逐渐完善,不仅体现在相关的专利技术申请上,还表现为细分产业链的形式。目前我国的锂电池产业链被分为三大块:

  • 上游:原材料厂商、锂电设备厂商;
  • 中游:电池厂商;
  • 下游:消费类电子厂商、动力类汽车厂商、储能类等。
  • 那么,锂电池的生产工艺到底是怎样的呢?

而锂电池的生产工艺主要是依托锂电池上游厂商和中游厂商来完成。

其中,原材料厂商在生产电池原材料以及组装的过程中,对纯度、精度、准确度的要求比较高。

因此,锂电池设备厂商所提供高精密的仪器设备显得尤为重要,赛多利斯就为锂电池生产工艺提供了先进的设备保障

为了方便理解,我们将锂电池的生产工艺分解成三大工序阶段:前段工序、中段工序、后段工序。

图片来自《中国新能源汽车动力电池产业发展报告(2018)》

1、前段工序

这个阶段也成为电极准备阶段,对电池质量的品控,会涉及到光学检查(即材料分析)和水分分析等技术。

①物料准备

锂电池原材料,包含的元素比较多,大致可以分成以下这些:

  • 用于制作成正极材料:镍钴锰矿、氧化锰、氧化钴、亚铁盐、盐湖卤水、锂辉矿石等。
  • 用于制作成负极材料:石墨、硅碳。
  • 用于制成电解液:六氟磷酸锂、有机溶剂。
  • 用于制作隔膜材料:PP、PE、石蜡油。

②来料检测

由于原材料的不确定性因素比较多,很可能导致实验结果产生较大偏差。

常见因素主要包括有材料锭或塑料纯度、电极浆料成分的浓缩原料或压延后电极箔涂层,材料形状各异,密度不好测量等等。因此,在工艺开始前,一定要对原材料进行材料纯度检测

很多材料研发实验室、检测中心、分析检测实验室、应用技术实验室、中控车间等,都会采用赛多利斯Entris®II Advanced Line 实验室天平密度测量套装YDK03

这套设备,是由耐化学腐蚀性 – 组件由耐磨聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、不锈钢和玻璃制成,并且它能PC直连,且可读性在0.1mg~1g之间,因此非常适合用于测实验,如:材料性能检测、材料杂质元素检测、负极微量元素检测、阴离子色谱检测、以及材料的表征数据检测等等,简直就是为锂电池工艺量身打造。

上面提到的检测实验很多都会采用化学分析方法,也会用到纯水和移液器等实验室通用仪器。

赛多利斯Arium® Pro超纯水系统作为可靠的超纯水来源,可以为化学分析提供优于ASTM I 级水质量标准的I级超纯水。它采用模块化设计,检测人员可以根据检测实验的应用需求选择系统和配置。

同时,赛多利斯的多款手动和电动移液器因其极高的准确度和合理的人体工程学设计,受到实验室用户的广泛好评。

③正负极制作

以上准备工作完成后,开始进行正极与负极的搅拌匀浆、涂布、碾压、制片和模切等制作工序。

图片来自《中国新能源汽车动力电池产业发展报告(2018)》

搅拌匀浆过程中,需要注意电解液配比的精确性,所以需要稳定的现场环境和精密的称定仪器。

赛多利斯的Cubis®II 微量天平+可扩展QApps软件,适用于不同应用的适配性QApps软件,且软硬件配置灵活性高,即便是在现场环境不稳定时,也能对配方组成成分进行精密的称定,有效提高数据的准确性。

当进行到正负极涂布时,水分对电池的性能影响非常大,这就需要对水分进行严格的控制。

由于样品的多样化,水分控制不仅要把控住水分量,还要主要速度的控制,以确定能快速获得精确的结果。可以说,水分分析控制几乎贯穿了锂电池整个过程。

因此,一台优秀的赛多利斯 MA 100水分分析仪能帮上大忙,它的最大量程有 100 g,精确至 0.1 mg,可以测定低至 0.01% 的含水量,具有出色的精密度和重现性。可用于表征印刷、回收或新开发的湿或固态电池材料。

2、中段工序

中段工序,主要是锂电池的组装工艺部分,依然会需要使用到光学分析(X光检测)和水分分析,以及精密的称重。

当然,在这一阶段,软包电池工艺和方形电池工艺,会逐渐形成不同的两种工艺方式。

如下图所示,蓝色部分是软包电池工艺,而灰色部分是方形电池工艺。

图片来自《中国新能源汽车动力电池产业发展报告(2018)》

在电极材料准备妥当后,软包电池工艺主要会经过卷绕→热压和电阻测试→X光检测→焊软连接→包聚脂薄膜→真空烘烤→卷芯入壳→焊顶盖→气密性检测→注液→静置等11个小步骤。

而在方形电池工艺中,则变成了叠片→极耳预焊裁切→TAB焊接→极耳贴胶→四周贴胶→电芯平压测Hi-Pot→顶侧封→短路测试→贴保护膜→真空烘烤→称重→注液→一次封口→热冷压等14个阶段。

但不管两者包装手法多不一样,其中真空烘烤、电解质注液的操作尤为考验。

因此,在前段工艺中提到的赛多利斯 MA 100水分分析仪,依旧要被用到。此外,为了保证注液量的准确性和速度,还要主要称重控制。

宁德时代和比亚迪采用了赛多利斯的OEM称重传感器模块,它的分辨率能达到0.001mg,被广泛用于高精度的工业应用,以及用于精确称量移动样本或不稳定的环境里。

在锂电池工艺中,它能达到很高的注液量准确度以及称重速度。

3、后段工序

最后是后段工序,软包电池的包装的主要工序为:化成→抽气→二次注液→焊接封钉→静置→测试→分容测试→打包下仓等8个环节。

而方形电池主要经过化成→TAB套绝缘管→二次封装→容量测试→切边整形→其他测试→打包下仓。

图片来自《中国新能源汽车动力电池产业发展报告(2018)》

这个阶段看似简单,实际上仍需要耗费大量的时间,对电池进行一个电化学形成和熟化过程,大概需要几天甚至几周的时间,主要是为了完成对电性能测试与检查,使其能够满足对应的行业需求方可出厂。

锂电池对新能源应用的重要性不言而喻,如充电安全性、电池续航能力等等,因此,在锂电池生产过程中,精密的测量&检测仪器至关重要。