目前制约纯电动汽车发展的是续航里程以及补充能源的效率,而限制这两点最为核心的部件就是动力电池技术;目前业界主流的动力电池电芯按照制作工艺划分,可以分为卷绕工艺和叠片工艺;制作工艺的不同将直接影响到电池的核心指标从而影响纯电动汽车的部分性能特性。
1、作为锂电池制造的重要环节,叠片与卷绕工艺备受学术界和商业界的广泛关注。将正负极极片进行涂布、烘干、分条、分切后,将进行电极片的组装过程,未封装的电芯可以分为叠片式和卷绕式处理工艺。
2、卷绕通常是首先将极耳用超声焊焊接到集流体上,正极极片采用铝极耳,负极采用镍极耳,然后将正负极极片和隔膜按照顺序正极—隔膜—负极—隔膜进行排列,再通过卷绕组装成圆柱形或方形电芯的过程,如图1所示。
3、叠片通常是以集流体作为引出极耳,将正负极极片和隔膜按照正极—隔膜—负极顺序,逐层叠合在一起形成叠片电芯的过程,叠片过程如图2所示。叠片方式既有将隔膜切断的直接叠片的积层式,也有隔膜不切断的Z字形叠片的折叠式。
4、卷绕工艺是通过固定卷针的卷绕,将前期处理好的正极极片、隔膜、负极极片按照顺序卷绕挤压成型。具体工艺是将原材料按负极、隔膜、正极、隔膜的顺序叠在一起,通过卷绕法直接卷成圆柱形或椭圆柱形,再放在方壳或圆柱的金属外壳中。
(1)卷绕工艺中主要的参数有卷绕速度、卷绕张力以及附带的焊接参数和贴胶参数等。不同设备对应的具体参数不同,其中极片和隔膜的张力控制直接影响电芯的松紧度及其一致性。
(2)在电芯卷绕过程中,张力过大会导致极片和隔膜拉伸发生塑性变形,严重时甚至拉断;张力过小会导致电芯的松紧度过低,还可能使卷绕不能正常进行。因此在卷绕过程中必须对张力进行合理的控制。
(3)相对于圆柱形电池,采用片式卷针的方形电池卷绕时张力波动更大。张力严重波动会导致电芯内部的电极产生膨胀,造成电芯变形、卷绕不整齐、电池表面不平整等。
(4)张力控制时要考虑为电芯在后续充放电过程中的膨胀预留膨胀空间。常见的张力过大导致的缺陷为电芯内部褶皱和中心孔反弹这些褶皱可能是由电芯内部压力过大导致的,中心孔反弹可能是由张力过大造成的。
(5)对于隔膜连续的叠片电池,张力影响电芯的形状,如果张力过大容易导致叠片电芯的隔膜边缘翘曲,导致电芯不平整。
(6)同时在叠片过程中,极片的精度控制和纠偏影响电芯的结构,精度控制较低容易导致负极包不住正极,存在安全隐患。
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