動力鋰離子電池加工流程，電池材料選擇

鋰電池在傳統范疇緊要使用于數碼產品，在新能源長足發展的今天，普遍使用于動力鋰離子電池、儲能范疇。

電池技術本身并不怎么高深莫測，基本原理就是氧化還原反應。但能量載體們涉及到的詳盡化學過程變化多端。詳盡到實際使用中涉及到材料學、無機化學、有機化學、物理、表面、界面、熱力學、動力學、工程機械出產、電子電路技術等交叉在一起的諸多問題。

氧化還原反應

鋰電池是一個復雜的體系，蘊含了正極、負極、隔膜、電解液、集流體和粘結劑、導電劑等，涉及的反應包括正負極的電化學反應、鋰離子傳導和電子傳導，以及熱量的擴散等。

一般而言，鋰電池的開發分為幾個周期，首先是試驗室內的基礎研究，這一部分緊要是適用扣式半電池，或者簡單的軟包電池，這一步緊要的目的是探測材料和配方的性能，因為電池的結構沒有進行優化，因此這里得到的結果并不能筆直使用在加工上。

在進行了試驗室級別的初步探測和評估后，好的材料和配方就會轉移到下一個階段中試階段，在這一階段要考慮電池的綜合性能，例如電池能量密度(正負極的涂布量)和快充、倍率等特性，并發今朝大規模加工過程中可能面對的工藝問題，及時做出調整。通過上述的過程，完善了電池配方和加工工藝后，成熟的產品才能最終投入正式加工。

由于影響鋰電池性能的因素眾多，因此設計和加工或接的每一個參數都會對電池最終的電性能和安全性出現重大的影響，因此我們有必要深入知道材料、設計和工藝參數關于產品最終性能的影響。

電池材料選擇

鋰電池原材料資源的開采、出產，緊要有鋰資源、鈷資源和石墨。

能量密度、成本、安全性、熱穩定性、循環壽命是動力鋰電池的5個關鍵指標，三元材料，錳酸鉀與磷酸鐵鋰任何一個在這5個方面都不具有絕對優點，導致動力鋰電池極材料路線的差異。

一款電池的設計要首先從材料的選擇開始，要依據目標需求，例如能量密度、倍率特性、循環壽命和安全等指標，選擇適宜的材料。正極材料選擇方面，我們可以選擇橄欖石結構的LiFePO4，這種材料更加適合使用在對能量密度需求不高的大巴車上，此外還有高容量的層狀材料，例如NCM和NCM，這些材料更加適合使用在純電動車上，尖晶石結構的LiMN2O4則更加適合使用在混合動力汽車上。

負極材料方面，石墨一直是鋰電池負極材料的不二選擇，事實上倘若只考慮能量密度的話，金屬錫更適合作為負極材料。

為了改善正負極的導電性，通常還要在其中添加少量的導電劑，目前最常見的導電劑為炭黑類材料，碳纖維類材料，以及近幾年興起的碳納米管和石墨烯類材料。

此外，為了將電極粘附在集流體的表面還要添加1-4%的粘結劑，目前的粘結劑緊要分為兩大類一類是油系粘結劑，另一大類是水系粘結劑。

電池的四個部件非常關鍵:正極(放電為陰極)，負極(放電為陽極)，電解質，膈膜。正負極是發生化學反應的地方，緊要地位可以理解。但是電解質有啥么用處?做功還很占重量。

電池內部，金屬鋰在負極失去電子被氧化，成為鋰離子，通過電解質向正極轉移;正極材料得到電子被還原，被正極過來的鋰離子中和。電解質的理想用途，是運送且僅運送鋰離子。電池外部，電子從負極通過外界電路轉移到正極，中間進行做功。理想情況下，電解質應當是好的鋰離子的載體，但絕不能是好的電子載體。因此在沒有外界電路時，電子無法在電池內部從負極轉移到正極;惟有存在外界電路時，電子轉移才能進行。

單體電池的加工

第一步，單體電極的加工

混：將電極活性材料、粘結劑、溶劑等混合在一起，充足攪拌分散后，形成漿料。

涂：將制備的漿料以指定厚度平均涂布到集流體(鋁箔或銅箔等)上。

烘：高溫烘烤干燥解決。

混和烘是有聯系的，烘是為了更好的將混合的漿料固定在鋁箔或銅箔上，而烘流程是一個高耗能環節，如能改善該環節，即可降低鋰電池的正負極加工成本。

鋰電池的勻漿是鋰電池加工的關鍵環節，勻漿環節緊要是將活性物質、粘結劑和導電劑等成分混合成為平均的懸濁液，通常我們會首先將粘結劑分散成為膠液，然后有一些工藝會首先將導電劑與膠液分散成為導電膠，然后與活性物質混合。

有的工藝會將導電劑和粘結劑一起與膠液進行混合，勻漿的關鍵在于要怎么樣將漿料中的各個成分分散平均，為了達到這一目標要對勻漿工藝進行優化，目前緊要的勻漿工藝緊要分為干法勻漿和濕法勻漿，目前隨著納米材料的逐漸普及，目前廠鋰電池廠家也開始采用高速分散設備，利用高速剪切用途，使得漿料分散的更加平均，此外有也不少材料廠家開發了大量的改善漿料分散行的助劑。

第二步，單體電池的加工

在完成了上述的電極烘干過程后，我們就進入到了鋰電池加工的下一個環節單體電池的加工。

壓：輥壓是對已涂好的正負極材料進行軋壓使其壓實更好的依附在鋁箔或銅箔上。

切：分切是對已軋壓好的極片按工藝標準分切成條。

為了戒備烘干后的電極再次吸收水分，整個單體電池加工環節都要在干燥間內進行。

方形動力鋰離子電池電芯的加工工藝緊要有三大類，一種是卷繞工藝，這種工藝一般使用在圓柱形電池的加工上，目前也使用在方形電池的加工工藝上，這種工藝的緊要優點是加工效率高，可以實現繼續加工，缺點也很分明，由于電芯邊緣處彎曲角度比較大，因此容易發生電極破裂，出現缺陷，特別是在厚電極的情況下，這一問題將變的更加嚴重;

第二種是疊片工藝，疊片工藝是一種比較理想的工藝，正負極極片首先會進行沖切，獲得特定形狀的極片，然后選擇正極或者負極極片用隔膜制成封裝袋進行保護，然后手工或者疊片機進行疊片，這種工藝的優點是不會引起極片形變，可以采用更厚的電極，但是由于疊片過程是一個非繼續的過程，因此疊片工藝的加工效率比較低，采用這種工藝的廠家比較少;

第三種是Z型疊片工藝，這種工藝采用繼續隔膜，將沖切好的正負極極片放置在隔膜中間，這種工藝在保留了疊片工藝的優點的基礎上，也加速了加工過程，提高了加工效率，目前也有比較多的使用。

加工好的電芯首先要焊接極耳，極耳焊接方式緊要是采用超聲焊接工藝，采用卷繞工藝加工的電芯，受到電芯結構的限制單個電芯無法做的很厚，因此通常會將2-4個電芯并聯焊接極耳，疊片工藝加工的電池結構上沒有限制，因此一般都是單個電芯焊接極耳。下一步就到了入殼工序，焊接好極耳的電芯外表裹上保護膜后，裝入到電池外殼之中，入殼后要把極耳與電池殼的蓋子上的正負極極柱采用超聲焊、鉚接等工藝連接在一起，然后將電池的上蓋和外殼通過激光焊接焊在一起。

在完成焊接后，通常還要進行檢漏，并將其中漏率不合格的電池剔除，常見的檢漏辦法包括直壓、倍壓和差壓等辦法，良好的密封性是保證鋰電池性能長期穩定可靠的關鍵，因此電池檢漏也是方形動力鋰離子電池加工中必不可少的一個環節。

經過檢漏篩選的電池接下來就到了非常緊要的注液工序，由于鋰電池的電解液對水分十分敏感，因此注液過程非得在干燥間內部進行，為了改善電解液的浸潤效果，通常要進行真空注液。

電解液充足浸潤的電池隨后進入到了化成工序，化成緊要是通過對電池進行小電流的充放電，對電池進行活化。

此外，由于電解液分析過程中通常會發加工氣的問題，出現的氣體可能會積累在電芯內，導致電解液浸潤不充足，因此有的廠家為了將化成過程中的產氣排出，也會將電池封口安排在化成之后。

化成后的電池還要進行老化，所謂的老化就是將滿電態的電池在一定的溫度下進行擱置，擱置過程中由于鋰電池內部的一些副反應，會導致電池的外電壓和內阻的變化，通過對電池包的電壓、內阻和容量等指標進行監控，能夠剔除掉那些自放電不合格和內阻不合格的電池，以提高單體電池的一致性，同時老化結果也是后續的電池包匹配的緊要參考根據，為了加速電池老化的速度，提高加工效率，廠家通常會在高溫(50-60℃)下進行老化，以縮短電池老化時間。

電池模塊和電池包的組裝

單體電池完成老化后就進入到模塊組合的階段，在組合之前要首先進行篩選，也就是探測單體電池的容量、動態內阻和電壓等數據，盡量選擇各個參數一致的電池進行匹配。

一個大的電池包通常會由多個電池模塊組成，每個電池模塊則由多只單體電池通過串聯和并聯的方式組合而成，串聯能夠提升電池模塊的電壓，并聯能夠提升電池模塊的容量，在為電池模塊進行單體電池匹配時遵循的原則一般是串聯優先考慮容量，以減少電池包在充放電過程中容量較低的模塊發生過充或者過放。并聯則優先考慮內阻，戒備在大電流充放電的過程中因為電流分布不均造成的內阻較小的電池發生過充或者過放。

在完成了單體電池的匹配后，就進入到了電池模塊的組合工序，這一工序通常是將匹配好的單體電池固定到電池包的模塊結構件之中，然后利用匯流排將單體電池的電極極柱連接在一起。

雖然電池包中的單體電池都經過了精心的匹配，單體電池的容量和內阻的一致性都非常好，但是在循環的過程由于單體電池衰降速度的不一致，也會導致電池包內單體電池出現電壓偏差，為了減少電池包內單體電池不一致性的問題，通常我們還會在電池包內加入均衡器，在電池包內部分單體的電壓偏差達到一定程度時，我們會啟動均衡器讓電池包內的單體電池恢復一致。

均衡器按照工作原理一般可以分為耗散型均衡和非耗散型均衡，耗散型均衡結構最簡單，就是筆直將電池包中電壓較高的電池放電，電能轉化為熱量耗散到環境之中，非耗散型均衡則比較復雜，電壓較高的單體電池電量會通過均衡器給電壓較低的電池充電，從而實現單體電池之間電壓的均衡。

電池包的溫度管理也是不容忽視的一部分，溫度是影響鋰電池性能的一個關鍵因素，特別是在電池包內電池眾多的情況下，在充放電發熱的影響下，很容易導致電池包內溫度分布不平均，影響電池包的電性能和可靠性。

試驗驗證電池包的不一致性

依據用戶的需求，一個動力鋰離子電池包通常由數個電池模塊組成，這些模塊通過串聯的方式連接在一起對外供電，滿足不同使用場景的需求。

此外，我們還要為電池包安裝管理系統，也就是我們通常所說的BMS，BMS的緊要功能是控制電池包的充放電，戒備電池發生過充或者過放等問題，此外還要管理電池包的均衡系統和熱管理系統，提升電池包的性能和壽命。為了提升動力鋰離子電池包的安全性，我們還會在電池包內加入一些熱失控預警和阻斷裝置，以減少電池包熱失控造成的危害。

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