关于锂电池生产技术问题

1、锂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;

※辊压时极片放送方式不对，造成极片受力不均。

2、电池不良项目及成因

01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。

02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。

03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;c.客户的线路板漏电;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。

04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。

05爆炸

爆炸的原因有以下几点：

a.分容柜有故障(造成过充);b.隔膜闭合效应差;c.内部短路。

06短路

原因有以下几点：

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。

3、锂离子电池的安全特性

锂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，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。

4、锂离子电池保护线路(PCM)

锂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：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：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。

5、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：

01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。

02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%，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。

6、锂电池正、负极活性材内为何要加VGCF碳管?

1、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。