有关锂离子电池注液和浸润过程模型化分析

1.模型介绍

ThomasKnoche的模型结构可以分为三步，构建模型的第一步重要为细分注液过程。注液过程的影响因素可以细分为产品设计、注液设备、工艺特性、注液设备，以及产品质量和工艺质量几部分。其中产品设计又可以继续细分为几个更加具体的部分，特别是当这个几个部分工作机理不同时，更应该进行详细的划分，例如关于锂离子电池注液过程，电池设计可以分为电池结构和电池材料两大部分，其中电池结构代表的是电池的宏观结构，电池材料则代表电池材料的物理和化学特性。设备和工艺执行则代表了生产过程关于电池特性的影响。工艺现象是这一层模型的核心，因此工艺现象描述了其他不同部分之间的因果关系。最终上述的输入因素都会最终反映在输出产品质量和工艺质量上。

2.模型应用

2.1注液工艺

锂离子电池的注液和浸润可以细分为多个步骤注液、密封和浸润，以及各个步骤之间的准备工作等。根据上面的的构建模型的方法，锂离子电池的注液和浸润过程可以由下图表示，下图中的箭头表明了注液过程各个因素之间的因果关系。从图上可以看到，注液过程重要受到注液系统和体系压力两个因素的影响。而体系压力会对电池注液准备、注液、密封前浸润和密封后浸润等过程出现影响，可见体系压力是电池体系注液和浸润过程最重要的影响因素。

目前的常见的注液方式重要分为两类，一种是通过注液孔直接注液（最主流的方式），另外一种是将电池放入到电解液之中让电解液渗入电池。通过注液孔注液的方式，根据注液量又可以分为单倍注液和多倍注液（受到电池结构和批次的影响）。几种注液方式促进浸润的措施各有不同，其中单倍注液方法，通过反复的抽压的方式促进电解液在电芯内的浸润，而多倍注液方法是通过加压的方式促进电解液在电芯内浸润，浸入式注液则没有促进浸润的措施。

2.2注液设备

注液和浸润用到的设备，以及设备之间相互的因果关系如下图所示。可以看到注液设备重要由三部分组成：1）注液设备；2）压力控制设备，真空设备和加压设备；3）电池固定结构。

2.3工艺特性

影响电池注液和浸润的因素如下图所示，它们之间的因果关系如箭头所示。锂离子电池的注液重要受到电池结构、电池材料和注液工艺的影响。

2.4产品设计

产品设计这一部分可以分为两大部分：1）电池材料选择；2）电池结构设计。不同的材料具有不同的物理和化学特性，因此锂离子电池的材料选择决定了电解液的浸润速度，如电解液的粘度、表面张力，多孔材料的微孔结构，电解液和正负极材料的接触角等特性都会对电池的浸润性出现影响。电解液在浸润到电芯之前，会首先存储在锂离子电池的外壳之中，因此电池的结构（方形或者圆柱、硬壳或者软包、叠片或者卷绕）都会对电解液的浸润出现一定的影响。