鋰離子電池組成比較繁雜，主要包括正／負(fù)極極片、隔膜、電解液、集流體和黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑等，涉及的反應(yīng)包括正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)、離子傳導(dǎo)和電子傳導(dǎo)以及熱量的擴(kuò)散等。
鋰離子電池制造工藝一般流程為：活性物質(zhì)、黏結(jié)劑和導(dǎo)電劑等混合制備成漿料，然后涂覆在銅或鋁集流體兩面，經(jīng)干燥后去除溶劑形成干燥極片，極片顆粒涂層經(jīng)過壓實(shí)致密化，再裁切或分條。然后正／負(fù)極極片和隔膜組裝成電池的電芯，封裝后注入電解液，經(jīng)過充放電激活，最后形成電池產(chǎn)品。按照芯包成型形態(tài)可以分為方形電池、圓柱電池和軟包電池，常規(guī)地可以將電池制造過程分為前段工序制片段、中段工序裝配段和后段工序測(cè)試段三段。前段工序制片段的生產(chǎn)目標(biāo)是完成正、負(fù)極極片生產(chǎn)。其工藝路線有制漿、涂布、輥壓、分切、制片、模切，與之相關(guān)的設(shè)備如有攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)、制片機(jī)、模切機(jī)等。中段工序裝配段的生產(chǎn)目標(biāo)是完成電芯的制造，不同類型鋰電池的中段工序技術(shù)路線、產(chǎn)線設(shè)備存在差異。中段工序的本質(zhì)是裝配工序，具體來說是將前段工序制成的（正、負(fù)）極片，與隔膜、電解質(zhì)進(jìn)行有序裝配。由于方形（卷狀）、圓柱（卷狀）與軟包（層狀）電池結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致不同類別鋰電池在中段工序的技術(shù)路線、產(chǎn)線設(shè)備存在明顯差異。具體來說，方形、圓柱電池的中段工序主要流程有卷繞、注液、封裝，所涉及的設(shè)備主要包括卷繞機(jī)、注液機(jī)、封裝設(shè)備（入殼機(jī)、滾槽機(jī)、封口機(jī)、焊接機(jī)）等；軟包電池的中段工序主要流程有疊片、注液、封裝，所涉及的設(shè)備主要包括疊片機(jī)、注液機(jī)、封裝設(shè)備等。后段工序的生產(chǎn)目標(biāo)是完成化成封裝。截至中段工序，電池的電芯功能結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，后段工序的意義在于將其激活，經(jīng)過檢測(cè)、分選、組裝，形成使用安全、性能穩(wěn)定的鋰電池成品。后段工序主要流程有化成、分容、檢測(cè)、分選等，所涉及的設(shè)備主要包括充放電機(jī)、檢測(cè)設(shè)備等。①制漿：制漿是將活性物質(zhì)粉體、黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑等和溶劑按照一定順序和條件混合均勻制成穩(wěn)定懸浮液的過程。鋰電池的漿料分為正極漿料和負(fù)極漿料。漿料的配方、分散的均勻度、漿料的黏度、附著力、穩(wěn)定性、一致性對(duì)鋰電池的性能有重大影響。將組成電極的活性物質(zhì)、導(dǎo)電炭、增稠劑、黏結(jié)劑、添加劑、溶劑等按照一定的比例和順序通過自動(dòng)投料控制系統(tǒng)投入攪拌機(jī)中，借助攪拌機(jī)公轉(zhuǎn)攪動(dòng)和分散碾碎作用得到分散均勻的固液懸浮狀漿料以利于涂布。攪拌三要素：潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定。攪拌槳對(duì)分散速度有影響，攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳形攪拌槳用來處理分散難度大的材料或配料的初始階段；球形、齒輪形用于分散難度較小的狀態(tài)，效果佳。攪拌速度對(duì)分散程度的影響，一般說來攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。黏度對(duì)分散程度的影響，通常情況下漿料黏度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。黏度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響，黏度越大，柔制強(qiáng)度越高，黏結(jié)強(qiáng)度越大；黏度越低，黏結(jié)強(qiáng)度越小。真空度對(duì)分散程度的影響，高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度；材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。溫度對(duì)分散程度的影響，適宜的溫度下，漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。配料的攪拌是鋰電池后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)，會(huì)直接或間接影響到電池的安全性能和電化學(xué)性能。勻漿設(shè)備按操作方式分為間歇式勻漿和連續(xù)式勻漿，間歇式勻漿代表性設(shè)備分雙行星攪拌勻漿、分散機(jī)循環(huán)勻漿；連續(xù)式勻漿主要是雙螺旋連續(xù)研磨分散勻漿。②涂布：涂布是將正極（負(fù)極）懸浮液漿料均勻涂布于鋁箔（銅箔）幅面上，然后進(jìn)行干燥成膜的過程。據(jù)漿料參數(shù)調(diào)節(jié)泵速，同時(shí)通過擠壓頭墊片厚度及均勻性控制擠壓頭腔體壓力調(diào)節(jié)控制涂層厚度，使?jié){料均勻涂布在集流體基材上，通過烘箱干燥加熱除去平鋪于基材上的漿料溶劑，使固體物質(zhì)很好地粘接于基材上分別制成正、負(fù)極的極片卷。涂布工序的執(zhí)行質(zhì)量深刻影響著成品電池的一致性、安全性、壽命周期，所以涂布機(jī)是前段工序中價(jià)值最高的設(shè)備。③輥壓：通過輥壓使活性物質(zhì)與集流體接觸緊密，減小電子的移動(dòng)距離，降低極片的厚度，提高裝填量，同時(shí)降低電池內(nèi)阻提高電導(dǎo)率，提高電池體積利用率從而提高電池容量。④分切：根據(jù)工藝和來料尺寸，使用分切機(jī)將膜卷切成多個(gè)尺寸相同的卷料。將極片分切成設(shè)計(jì)的寬度，從而達(dá)到電芯尺寸要求。（工藝中模切、分切前后順序不一定，也有模切、分切同時(shí)進(jìn)行的。）⑤模切：將陰陽極膜片通過成型刀模或激光的剪切形成特定形狀和規(guī)格的極耳和極耳間距。圖5為模切產(chǎn)品狀態(tài)圖。裝配工藝流程：卷繞→熱壓→X射線檢測(cè)（根據(jù)產(chǎn)品要求）→電芯配對(duì)→軟連接焊接→超聲波焊接→絕緣底入殼→公眾號(hào)動(dòng)力電池BMS,電芯入殼→頂蓋焊接→氣密性檢測(cè)→真空烘烤→注液→靜置。卷繞是將正極極片、負(fù)極極片、隔膜按一定順序通過繞制的方法，制作成芯包(jelly roll)的過程。主要用于方形、圓形鋰電池生產(chǎn)。相比圓柱卷繞，方形卷繞工藝對(duì)張力控制的要求更高，故方形卷繞機(jī)技術(shù)難度更大，卷繞工序需要監(jiān)控的項(xiàng)目有極片或隔膜破損、物料表面的金屬異物、極片雙面涂層錯(cuò)位值(overhang)、來料壞品、極耳打折與翻折等；過程具備糾偏機(jī)構(gòu)、張力控制組件、極片計(jì)長(zhǎng)組件等控制，以保證卷繞出的電芯各個(gè)參數(shù)符合規(guī)格要求。②熱壓：芯包熱壓的目的主要是對(duì)電芯進(jìn)行整形，降低芯包轉(zhuǎn)運(yùn)過程極片隔膜跑偏導(dǎo)致短路或overhang（即陽極極片與陰極極片所控制的間距）發(fā)生變化，消除隔膜褶皺，趕出電芯內(nèi)部空氣，使隔膜和正負(fù)極極片緊密貼合在一起，縮短鋰離子擴(kuò)散距離，降低電池內(nèi)阻，改善鋰離子電池的平整度，使電芯厚度滿足要求并具有高的一致性，同時(shí)控制芯包厚度在相對(duì)一致的規(guī)格范圍內(nèi)，為電芯入殼以及電池一致性打下基礎(chǔ)。電芯熱壓整形的主要工藝參數(shù)有加壓壓力、加壓時(shí)間和模板溫度。在合適的工藝參數(shù)下，厚電芯內(nèi)部幾乎不存在空氣，隔膜和極片緊貼合在一起，松散電芯能夠變成硬塊狀態(tài)。但是，對(duì)于近年來使用的陶瓷隔膜，由于陶瓷層存在，隔膜很難與極片貼合在一起形成這種狀態(tài)。在工藝確定試驗(yàn)中，檢測(cè)項(xiàng)目包括隔膜的透氣性、厚度變化，電芯厚度是否滿足入殼要求，極片是否發(fā)生斷裂等。電池隔膜作為電池的核心部件，發(fā)揮了隔離正、負(fù)極片，或集流體接觸短路同時(shí)允許鋰離子在兩極之間往復(fù)通過的關(guān)鍵作用，隔膜上的微孔結(jié)構(gòu)正是這些離子往返于正負(fù)極的重要通道，它的透氣性能會(huì)直接影響電池的性能，隔膜透氣性是指隔膜在一定的時(shí)間、壓力下透過的氣體量。如果隔膜的透氣性不好，將影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。隔膜透氣性測(cè)試工藝過程為：固定電池隔膜，在隔膜一側(cè)施加氣壓，計(jì)量氣壓壓降和所用時(shí)間，檢測(cè)隔膜的透氣性，所用時(shí)間越短，透氣性越好。在熱壓過程中，隔膜可能被嚴(yán)重壓縮，隔膜厚度變化大，導(dǎo)致微孔被堵塞，肉眼觀察隔膜會(huì)變成透明色，這種情況說明熱壓整形對(duì)電芯作用超限，會(huì)影響鋰離子傳輸。熱壓溫度超規(guī)格會(huì)導(dǎo)致隔膜閉孔，使得電芯內(nèi)部直流電阻(DCR)增大，鋰離子通道受阻，導(dǎo)致容量發(fā)揮不足。如果極片比較脆，電芯折彎處在熱壓整形中容易發(fā)生掉粉甚至斷裂，這會(huì)導(dǎo)致電子傳輸受限，增加電池內(nèi)阻。因此，電芯熱壓整形也必須避免這種情況發(fā)生。這幾個(gè)方面要求熱壓整形壓力越小越好，時(shí)間越短越好。常規(guī)地可在電池?zé)釅呵斑M(jìn)行預(yù)熱處理以縮短熱壓電芯升溫時(shí)間，從而縮短熱壓時(shí)間。試驗(yàn)線大多采用手動(dòng)熱壓機(jī)，量產(chǎn)線都為自動(dòng)熱壓機(jī)。③X射線檢測(cè)：對(duì)卷繞熱壓完成的電芯進(jìn)行尺寸復(fù)查，此道工序由工藝部門根據(jù)實(shí)際情況決定全檢或抽檢，以防止不合格電芯流入后工序。圖9為X射線測(cè)試儀。④電芯配對(duì)：針對(duì)方形電池或疊片電池，為了容量可以滿足客戶需求，衍生了多JR電芯（即一個(gè)鋁殼內(nèi)裝多個(gè)并聯(lián)電芯，JR即jelly roll，代表芯包），2JR以上電芯組成一個(gè)新的電池工藝。多JR的產(chǎn)生主要原因一方面降低單JR的報(bào)廢成本；另一方面卷繞設(shè)備電芯極片長(zhǎng)度太長(zhǎng)，設(shè)備控制能力難以滿足會(huì)導(dǎo)致極耳錯(cuò)位、來料浪費(fèi)等。其工藝動(dòng)作為將輸送線上的A/B面電芯分揀并實(shí)現(xiàn)堆疊配對(duì)。⑤軟連接焊接：軟連接焊接又稱集流體焊接，用于完成電池頂蓋與軟連接片的焊接工作。主要檢測(cè)焊印尺寸和焊接拉力，若焊印尺寸偏小則可能殘留面積偏小，過流能力差，焊接拉力異常也可能導(dǎo)致焊機(jī)虛焊，影響過流能力。
