简述关于锂电池生产技术问题

锂离子电池制片过程掉粉的分析与讨论

极片掉粉目前钴酸锂的生产工艺，基本上不会掉粉，掉粉的可能性在生产过程中影响的因素有：

配方比例不当，如粘接剂太少，容剂少致使搅拌不均匀。

粘接剂烘烤温度过高，使粘接剂结构受到破坏。

浆料搅拌时间不够，没有完全搅拌开，

涂布时温度太低，极片未烘干。

涂布量不均匀，厚度差异太大。

极片在辊压前未烘烤，在空气中大量吸收水份。

辊压时压力过大，使极粉与集流体剥离。

辊压时极片的放送方式不对，造成极片受力不均。

电池不良项目及成因

1.容量低

产生原因：

a.附料量偏少;

b.极片两面附料量相差较大;

c.极片断裂;

d.电解液少;

e.电解液电导率低;

f.正极与负极配片未配好;

g.隔膜孔隙率小;

h.胶粘剂老化→附料脱落;

i.卷芯超厚(未烘干或电解液未渗透);

j.分容时未充满电;

k.正负极材料比容量小。

2.内阻高

产生原因：

a.负极片与极耳虚焊;

b.正极片与极耳虚焊;

c.正极耳与盖帽虚焊;

d.负极耳与壳虚焊;

e.铆钉与压板接触内阻大;

f.正极未加导电剂;

g.电解液没有锂盐;

h.电池曾经发生短路;

i.隔膜纸孔隙率小。

3.电压低

产生原因：

a.副反应(电解液分解;正极有杂质;有水);

b.未化成好(SEI膜未形成安全);

c.客户的线路板漏电(指客户加工后送回的电芯);

d.客户未按要求点焊(客户加工后的电芯);

e.毛刺;

f.微短路;

g.负极产生枝晶。

4.超厚

产生超厚的原因有以下几点：

a.焊缝漏气;

b.电解液分解;

c.未烘干水分;

d.盖帽密封性差;

e.壳壁太厚;

f.壳太厚;

g.卷芯太厚(附料太多;极片未压实;隔膜太厚)。

5.成因有以下几点

a.未化成好(SEI膜不完整、致密);

b.烘烤温度过高→粘合剂老化→脱料;

c.负极比容量低;

d.正极附料多而负极附料少;

e.盖帽漏气，焊缝漏气;

f.电解液分解，电导率降低。

6.爆炸

a.分容柜有故障(造成过充);

b.隔膜闭合效应差;

c.内部短路

7.短路

a.料尘;

b.装壳时装破;

c.尺刮(小隔膜纸太小或未垫好);

d.卷绕不齐;

e.没包好;

f.隔膜有洞;

g.毛刺;

8.断路

a.极耳与铆钉未焊好，或者有效焊点面积小;

b.连接片断裂(连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下)

锂离子电池的安全特性

锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中，所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足一下条件。

1)短路：不起火，不爆炸;

2)过充电：不起火，不爆炸;

3)热箱试验：不起火，不爆炸(150℃恒温10min)

4)针刺：不爆炸(用Φ3mm钉穿透电池);

5)平板冲击：不起火，不爆炸;(10kg重物自1米高处砸向电池);

6)焚烧：不爆炸(煤气火焰烧考电池)

为了确保锂离子电池安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电池安全考核指标。

1)隔膜135℃自动关断保护：采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。

2)电池盖复合结构：电池盖采用刻痕防爆结构，当电池升温，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。

3)各种环境滥用试验：进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。

锂离子电池保护线路(PCM)

锂离子电池至少需要三重保护-----过充电保护，过放电保护，短路保护，那么就应而产生了其保护线路，那么这个保护线路针对以上三个保护要求而言：

过充电保护：过充电保护IC的原理为：当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时(假设电池过充点为4.25V)即启动过度充电保护，将功率MOS由开转为切断，进而截止充电。

过放电保护：过放电保护IC原理：为了防止锂电池的过放电，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点(假定为2.5V)时将启动过放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以避免电池过放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1uA。当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间。

锂离子电池低容原因分析

1、压实密度大;

2、极片附粉少;

3、断片;

4、电解液量少;

5、化成不完全;

6、检测容量充放电不完全;

7、潮湿度高(吸水);

8、电池储存久;

9、材料的比容量低;

10、极片虚焊，极耳虚焊;

11、制成过程中的环境控制如：温度、湿度........

12、完善中.........

电芯膨胀原因及控制

锂离子电芯在制造和使用过程中往往会有肿胀现象，经过分析与研究，发现主要有以下两方面原因：

1.锂离子嵌入带来的厚度变化

电芯充电时锂离子从正极脱出嵌入负极，引起负极层间距增大，而出现膨胀，一般而言，电芯越厚，其膨胀量越大。

2.工艺控制不力引起的膨胀

在制造过程中，如浆料分散、C/A比离散性、温度控制都会直接影响电芯电芯的膨胀程度。特别是水，因为充电形成的高活性锂碳化合物对水非常敏感，从而发生激烈的化学反应。反应产生的气体造成电芯内压升高，增加了电芯的膨胀行为。所以在生产中，除了应对极板严格除湿外，在注液过程中更应采用除湿设备，保证空气的干燥度为HR2%，**(大气中的湿空气由于温度下降,使所含的水蒸气达到饱和状态而开始凝结时的温度)小于-40℃。在非常干燥的条件下，并采取真空注液，极大地降低了极板和电解液的吸水机率。

锂离子电池正、负极活性材内为何要加VGCF碳管?

1、不管正或负极活性材都会有膨胀收缩的问题，一般负极碳材有20%膨胀收缩率，而像LFP正极材料有6%膨胀收收率。当多次充放电中，其正、负活性材颗粒与颗粒之间接触少、间隙加大，甚至有些脱离集电极，导致电子与离子传输路径断续不连续相，成为死的活性材，不再参与电极反应。因此循环使用寿命下降。VGCF碳管有很大的长径比，即使正、负活性材膨胀收缩后，其活性材颗粒间之间隙，可藉由VGCF碳管架桥连接，电子与离子传输不会间断。

2、由于VGCF碳管微结构是中空多管壁，可以让正、负电极吸纳更多的电解液，使得锂离子可以顺利快速嵌入或脱嵌，因此，有利于高倍率充放电。

3.VGCF是高强度纤维状长径比大之材料，可增加电极板的可挠性，正极或负极活性材颗粒间之黏接力或与极板间之黏接力更强，不会因挠曲而龟裂掉粉。

4.VGCF本质是高导电高导热特性，正极活性材其导电性都不好，添加VGCF以提高正极活性材的导电性，也提高正极或负极的导热系数，利于散热。

解剖电池时遇到些情况,下面罗列出来,不知道各位前辈对这些情况有何见解:

1.明明很容易断的正极片注液以后却变得柔软?

2.正极片出现褶皱现象(内层)?

3.刚拆出来的负极片边缘和内层会是暗紫色，和极片中间部分颜色不一样(中间是金黄色)?

4.为什么每次拆开的负极片头部(第一小片)会有很多白色物质，是不是锂，为什么在那里这么多?

5.为什么短路以后正极片上面有铜，是不是负极的铜被电解过来，而且为什么是在正极头部吸铜最多;

6.负极耳发黑，是不是短路现象(大电流通过的遗迹)或者是负极石墨溶解?

7.观察正极料过量，是不是在负极片上滴水，看是否燃火。

答案搜索：(声明没有标准答案，以现场为主)

第一：极片充放电后已经反弹，肯定变软，通俗点，没那么死了，里面松了;

第二：那个是正常的~前面几圈卷饶时贴近卷针，肯定有折痕...除非你用非常厚的针，呵呵，这个不可能哦

第三：没充电灰色，半充暗紫色，满充金黄，那种情况自己想，提示：浸润程度;

第四：负极片头部(第一小片)会有很多白色物质，其他地方要是没有，就是你设计问题，是析锂;

第五：这个问题不清楚，不知道你那什么情况，是不是反充了，是整体还是部分，也有可能短路;

第六：负极耳发黑，看情况了，一般是短路;

第七：滴水谁给你教的?没听过;正极料过量，负极很明显的，当然你要排除外因。

补充几点:

1.隔膜局部发黄或有黑点，是否曾经大电流通过，击穿隔膜，短路造成，可能是粉尘，也可能是你隔膜本来有孔，当然也有材料方面的可能;

2.在电池外包装时，点焊铆钉时电流不稳定或电流过大会使外露负极耳旁的隔膜烧坏，但高温胶是否会被烧掉。

这个还没见过，一般点焊是瞬间的，能量大到可以烧化里面的隔膜还真没见过，高温胶只是奈温高点，你要是有个1000度一样完蛋，爆炸的电池你可以看看，高温胶纸也成灰了。