本文目录:
一、电池制造工艺—涂布
二、电池制造工艺—辊压分切
三、电池制造工艺—模切二分
一、电池制造工艺—涂布
涂布是通过一定方式(挤压式、转移式、喷涂、落帘等),将浆料按照一定量均匀涂布于集流体(铝箔、铜箔)的一定尺寸位置,达到设计要求的面密度、涂布尺寸、削薄及表面质量要求;
涂布机主要分为:收放卷系统(含张力控制)、供料系统、干燥系统、检测系统。
•实现超宽幅高速涂布分切一体机(1300mm宽幅、80m/min);
•涂布宽度等实时CCD监控;
•五架β射线在线测重仪,实时面密度监测并闭环控制;
•正负极面密度≤±1.5%;
过程参数:涂布速度、泵速、模头间隙、垫片尺寸、烘箱温度风速、收放卷张力;产品参数:面密度、涂宽、削薄尺寸;
常见问题:1.面密度波动,2.尺寸超标,3.上下层错位问题,4.颗粒、划痕、气泡、干裂等外观质量问题;
1.涂布单元
狭缝挤压涂布主要由供料单元、涂布单元、烘烤单元组成。涂布头由三部分组成:上模、下模以及安装在上模和下模之间的薄垫片。挤压涂布时极片的横向间隙通过阀门系统控制,纵向(涂布方向)间隙则有上下模间的垫片层控制,100%在线面密度检测,精度:±0.1g/m2。
2.涂布关键控制点
1、涂覆区宽度;
2、留白区宽度;
3、单双面面密度:
极片表面涂层物质在单位面积内的质量,用以表征正负极浆料或活性物质的涂覆量,直接关系到电池重量及电池容量发挥。
4、单双面错位尺寸:
极片涂覆层的A面与B面正反对照处的边缘在极片宽度方向上的错位尺寸;错位尺寸应控制在一定范围,避免极片包覆不良。
5、极片表面质量:
涂覆后极片的表面外观水平;外观不良通常指涂覆区(含极耳涂胶区)划痕、极片褶皱、留白区褶皱、颗粒、气泡等。
6、极片削薄;
7、N/P比
3.涂布过程浆料流动特性
4.涂布窗口
实际工艺过程中,无论狭缝挤压涂布还是转移式涂布都存在一个涂布窗口,即流体处于稳态流动状态,流场各参数不随时间发生变化,可以进行稳定涂布,得到均匀涂层的工艺操作范围。
影响涂布窗口的因素:
(1)流体特性:如粘度μ、表面张力σ、密度ρ;
(2)挤出模头几何参数:如涂布间距G,模头狭缝尺寸S;
(3)涂布工艺参数:如涂布速度U,浆料送料流量q等。
5.涂布干燥微观演变过程
二、电池制造工艺—辊压分切
辊压是将极片置于两个反向旋转的轧辊中,使之得到压缩变形,使极片在高度方向上尺寸减少,达到设计要求的厚度要求;分切是将宽幅极卷按照一定宽度尺寸及分切端面质量要求,通过分切刀具产出诺干个窄幅极卷的过程。
辊压分切机主要由收放卷系统、主体系统(主辊、导热油加热、弯缸、斜铁)、拉伸系统、分切系统、纠偏系统和测试系统组成。
•高速辊分一体机,速度≥80m/min;
•转盘式双轴自动换卷系统,进行自动双纠偏,具有自动放卷错位功能;
•激光在线测厚装置与压力闭环控制系统,确保厚度一致性;
•3D视觉缺陷检测系统,确保产品零缺陷;
•分切宽度检测和纠偏闭环控制,确保极片宽带一致性;
过程参数:速度、压力、辊缝、靠刀量、张力;产品参数:厚度、分切尺寸、端面质量。
常见问题:1.厚度波动,2.边缘过压,3.辊压断带,4.极耳褶皱,5.分切尺寸波动,6.分切毛刺、掉料、波浪边等。
1.关键控制点
1、辊压厚度;
2、弓形高:
取一定长度的辊压后极片,将两端固定并平整拉伸,测量该段极片弯弧中心与两端点连线的垂直距离,表征极片辊压后的延展变形程度。
3、极片表面质量:
辊压厚度指极片经辊压后的极片厚度,通常用万分尺进行测量。
4、极片宽度:
指极片分切后宽度方向上,极片两侧边缘之间的距离。
5、毛刺尺寸:
指分切端面产生的金属余屑或表面极细小的显微金属颗粒,通常用影像测量仪予以放大测量,测量其长度并予以管控。
2.分切
是按电池规格,对电池极片进行分切,偏于模切(辊压前分切主要是不能进行宽幅极片的辊压)。圆盘分切刀主要有上、下圆盘刀,装在分切机的刀轴上,利用滚剪原理来分切厚度为0.01~0.1mm成卷的铝箔、铜箔、正负极极片等。
要求:
分切后的极片不能出现褶皱、脱粉,要求分切尺寸精度高等,同时极片边缘的毛刺小,否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔膜,造成电池内部的短路。
3.辊压
辊压是锂电池极片最常用的压实工艺,两面涂敷颗粒涂层的极片被送入两辊的间隙中,在轧辊线载荷作用下涂层被压实。工业生产上,锂电池极片一般采用对辊机连续辊压。
辊压其目的在于增加正极或负极材料的压实密度,增大电池的放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环命、提高锂离子电池的利用率。
根据辊压过程中极片压实密度与压力的关系可将极片辊压过程分为三个阶段:
第Ⅰ阶段:料颗粒产生位移,孔隙被填充,压力稍有增加时,极片的压实密度快速增加;
第Ⅱ阶段:大量的孔隙已被填充,浆料颗粒间的位移已经减少,颗粒发生少量变形;
第Ⅲ阶段:颗粒开始变形、破碎,颗粒内部的孔隙也被填充,使极片密度继续增大;
4.极片辊压组织演变
三、电池制造工艺—模切二分
模切是将极片按照特定的间距对极耳区域进行切割成型,也称极耳成型;二分及将模切后极片均匀一分为二,形成满足设计要求的极片;
模切二分机主要由收放卷系统、极耳成型系统、分切系统、纠偏系统、测试系统、打标装置组成;
高速极耳成型,模切速度≥50m/min(五金模切25m/min,激光模切60m/min);
模具切割管控端面毛刺毛刺金属屑、掉料、台阶;激光切割管控端面毛刺金属屑、掉料、熔珠、热影响区等;
CCD全检表面质量及模切尺寸,设备互联超规格打标,卷绕前识别单卷剔除;
过程参数:速度、激光轨迹或刀模速度、激光功率、离焦量、靠刀量;产品参数:极耳间距、分切尺寸、端面质量。
常见问题:1.毛刺、掉料、波浪边,2.熔珠、热影响区,3.极耳翻折、月牙弯,4.分切尺寸波动,5.分切毛刺、掉料、波浪边等。
1.关键控制点
1、极耳间距:
指相邻的两个极耳中心之间的距离,通常根据正负极片厚度、隔膜厚度及对齐度的要求予以计算制定。
2、极耳长度;
3、极耳高度;
4、端面毛刺/金属屑:
指分切端面产生的金属余屑或表面极细小的显微金属颗粒(金属屑),通常用影像测量仪予以放大测量,测量其长度并予以管控。
5、Mark孔位置:
指模切形成的孔洞,用以区分相邻两个“极片长度”(一个极片长度代表一个半电芯);相邻两个Mark孔之间的距离即极片长度。
6、极片长度;
2.模切
根据电池设计结构和规格,使用模切机对极片进行裁切出所需要的形状;(模切机种类主要分为三种:
1)刀板模模切机
2)五金模切机
3)激光模切机
要求:
裁切的极片尺寸要符合要求并尺寸精度要求要高,同时极片边缘的毛刺小,否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔膜,造成电池内部的短路。
3.模切工艺参数
激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数,对切割质量影响巨大。
负极双面涂布极片不同激光能量下的分切界面
低速切割(1m/min)分切口宽向熔宽大,出现气泡;高速(5m/s)切口宽向熔宽均匀且较小,无汽包形成。
图中为负极单面涂布极片不同激光切割速度的分切界面:
(a)低速切割;(b)高速切割;
4.激光模切影响
5.分切主要缺陷
锂离子电池极片在分切过程中主要的缺陷类型有:毛刺、掉粉、波浪边等。是金属毛刺对锂电池的危害巨大,尺寸较大的金属毛刺直接刺穿隔膜,导致正负极之间短路。而极片分切工艺是锂离子电池制造工艺中毛刺产生的主要过程。为了避免这种情况出现,调刀时根据极片的性质和厚度,找到最合适的侧向压力和刀具重叠量是最关键的。另外,通过还可以切刀倒角,收放卷张力来改善极片边缘品质。极片出现掉粉会影响电池性能,正极掉粉时,电池容量减小,而负极掉粉时出现负极无法包裹住正极的情形,容易造成析锂。出现波浪边时,极片分切和卷绕时会出现边缘纠偏抖动,从而引起工艺精度,另外对电池最终的厚度和形貌也会出现不良影响。
未完待续!!!