【电芯篇】锂电池方形电芯工艺介绍

锂电秘极阁 2025-03-27

本篇文章主要带大家看下方形电池的部分工艺介绍。

前段时间分别出了一篇软包电池工艺介绍和一篇圆柱电池工艺介绍，想想索性凑个整，再出一篇方形电池工艺介绍。总的来说其实三种电池大部分工艺是一致的，差异比较大的可能就在极片制备以后的工序，像软包可能选择叠片多一点，方形可能选择卷绕多一点，圆柱呢主要是形状不太一样。下面这篇文章就主要带大家看下方形电池的部分工艺介绍。

一、结构介绍

方形硬壳电池的结构主要由顶盖、壳体、卷芯等部分组成‌。顶盖通常由顶盖板、正负极柱、防爆装置、注液孔等组成，其中正负极柱部分可能包含翻转片装置（OSD）、电流切断结构（CID）和短路装置（Fuse）等机构，这些设计有助于保护电池安全‌。壳体多为铝合金或不锈钢材料，具有较高的结构强度，能够承受一定的机械载荷，保护内部电芯结构‌。卷芯是电芯的核心部分，可以采用卷绕或叠片工艺制作，卷绕工艺成本较低但定制化成本高，叠片工艺则内阻低、充放电功率更好、能量密度更高‌。

• 电池结构：

电芯极片结构‌主要包括正极极片和负极极片，它们是电芯的核心组成部分。正极极片通常由正极活性物质、导电剂、粘合剂和集流体（通常是铝箔）组成。正极活性物质常见的有LiCoO2、镍钴锰三元材料等。这些材料被均匀涂覆在铝箔上，形成正极板‌。负极极片则由负极活性物质、导电剂、粘合剂和集流体（通常是铜箔）组成。负极活性物质常见的有石墨、硅基材料等。这些材料被均匀涂覆在铜箔上，形成负极板‌。

• 极片结构：

二、工艺介绍

• 制浆工艺

匀浆过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起，调制成浆料，以利于均匀涂布，保证极片的一致性。合浆大致包括五个过程，即:原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。

1. 制浆设备

双行星浆料搅拌机：用于物料溶解、混合、混炼、反应工艺的仪器。该设备适合从粉体到高黏度、高密度的物料溶解、混合、混炼、反应工艺，可根据不同生产工艺及物料特点选择不同的搅拌桨（如：麻花框式、多桨叶式）

2.制浆原理

通过搅拌叶、公转框相互转动，液体产生固液悬浮是在机械搅拌的情况下产生与维持悬浮液，以及增强液固相间的质量传递。固液搅拌通常分为以下几个部分：①固体颗粒的悬浮；②沉降颗粒的再悬浮；③悬浮颗粒渗入液体；④利用颗粒之间以及颗粒与桨之间的作用力使颗粒团聚体分散或者控制颗粒大小；⑤液固之间的质量传递。

• 浆料搅拌轨迹：

3.浆料粘度

锂离子电池浆料的粘度主要源于其中各组分间的相互作用，包括活性物质、炭黑添加剂、聚合物粘合剂和溶剂等。这些成分之间的相互作用包括范德华力、空间位阻、静电排斥等，这些作用力对浆料的流变性能起着关键作用‌。此外，温度和剪切速率也会显著影响浆料的粘度‌。粘度过高会导致电池内阻增大，降低输出功率和充电速度，缩短电池寿命；而粘度过低则可能导致电极材料分离，降低电池性能和安全性‌。

• 涂布工艺

电芯涂布工艺‌是将搅拌均匀的浆料均匀地涂覆在集流体上，并通过烘干去除浆料中的有机溶剂，形成一层均匀的涂层。这一工艺对电池的性能有重要影响，包括电池容量、内阻、循环寿命和安全性等‌。

1. 涂布设备‌

涂布机是核心设备，主要由放卷单元、涂布单元（含供料系统）、干燥单元、出料单元和收卷单元组成。涂布方式包括逗号辊转移涂布和狭缝模头涂布，前者通过调整辊与刮刀之间的间隙来计量浆料，后者通过狭缝模头精确控制涂布厚度‌。

2.涂布原理

电芯涂布工艺主要是将成卷的基材（如铝箔或铜箔）涂上一层特定功能的浆料，并通过烘干形成涂层。具体来说，涂布机通过刮刀或涂布辊将浆料均匀地涂覆在基材上，然后通过烘箱干燥固化，最终形成具有特殊功能的膜层‌。

3.关键参数

涂布过程包括开卷、接片、拉片、张力控制、涂布、干燥、纠偏和收卷等步骤。涂布设备需要确保涂布的均匀性和精度，避免颗粒、杂物混入极片中，以防止电池内部微短路和安全隐患‌。

• 涂布干燥温度‌：温度过低会导致极片不完全干燥，过高则可能导致表面龟裂或脱落。温度控制需要根据涂布速度和厚度进行设定‌。

• ‌涂布面密度‌：面密度过小会影响电池容量，过大则浪费材料并可能引发安全隐患‌。

• ‌涂布尺寸和厚度‌：尺寸过大或过小会影响电池内部结构，厚度不均会影响极片性能一致性‌。

• ‌浆料流变特性‌：浆料的粘度和流动性对涂布效果有重要影响，需要选择合适的流变参数和模头设计‌。

• 辊压工艺

1.辊压目的

• 增强粘接强度‌：辊压可以增加活物质与集流体箔片的粘接强度，防止在电解液浸泡和电池使用过程中剥落‌。

• 提高能量密度‌：通过压缩电芯体积，降低极片内部活物质、导电剂、粘结剂之间的孔隙率，从而降低电池的电阻，提高电池性能‌。

• ‌保证厚度一致性‌：辊压可以确保极片在宽度方向的厚度一致性，从而提高电池的一致性和可靠性‌。

2.辊压设备

辊压设备主要由两个铸钢压实辊及电机和传动轴组成。主流机型辊径为500 mm，辊身长度为500 mm～700 mm。完整的辊压过程是将涂布完成的极片固定于放卷机构后，穿过双辊间隙，并通过收卷系统压实到所需密度‌。辊压过程中，电机带动上下辊同时转动，收卷机构拉动极片穿过辊压间隙，最终被压到所需压实密度‌。