鋰電池工藝-卷繞工藝及內部缺陷圖譜

1）“S”變形

問題描述：

過大的張力波動可能導致卷繞過程中隔膜被拉伸，卷繞完成后隔膜收縮，壓芯后卷芯內部拐角處層間距較小，在充電過程中，極片膨脹導致卷芯寬度方向應力不集中，產生彎矩，造成極片扭曲，所制備的鋰電池最終出現(xiàn)“S”變形。

改善方向：

①以圓柱電池為例，卷繞張力越小對卷芯變形改善越好；恒轉速卷繞過程中，隨著卷芯直徑增加，張力線性減小比恒定張力卷繞的變形風險更低。

②以方形電池為例，通常采用扁菱形卷針，需要根據(jù)線速度變化情況反向推導轉速的變化規(guī)律，即卷繞的轉速隨著角度的變化而變化，實現(xiàn)卷繞過程線速度波動盡可能小，從而保證張力在小幅值范圍內波動。

“S”變形CT圖和拆解圖

2）極片覆蓋不良

問題描述：

局部地方負極片沒有完全包覆住正極片，可能導致電池變形和析鋰，產生安全隱患。

改善方向：

①設備：可能與糾偏卡頓，夾輪不平行，基準線位置偏等相關；

②物料：可能與正極邊緣卷相關。

3）極片變形

問題描述：

極片受到擠壓而變形，可能引起內短路，帶來嚴重的安全問題。

4）金屬異物

問題描述：

金屬異物是鋰離子電池的性能殺手，可能來源于漿料、設備或環(huán)境中，顆粒較大的金屬異物可能直接造成物理短路，而當金屬異物混入正極后，會被氧化然后沉積在負極表面，刺穿隔膜，最終也會造成電池內短路，帶來嚴重的安全隱患，常見的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Sn等。

改善對策：

①漿料除磁把控（干法、濕法除磁）；

②粉塵管控（卷繞機安裝吸塵管道裝置）。

5）OEE提升改善

問題描述：

性能稼動率：小報警損失效率（小報警頻次高）；

時間稼動率：固定停機時間長（轉班保養(yǎng)需要停機等）；

故障時間長（異常處理經驗不足、維護保養(yǎng)不到位、絲桿維護難度大）；

產品良率：不良項目多；單項不良率高（組裝制程不良）；設別老舊：零部件壽命周期不確定。

改善對策：

①CCD報警（人員培訓，電氣線路、結構改善）；

②入卷不良（入料通道結構優(yōu)化，輔助入料機構改造）；

③極耳破損（極耳撫平機構優(yōu)化）；

④電源線、氣管在機構運動容易磨損（更換頻繁；線路干涉，拆卸結構，重新整改電氣線路。把限位開關內的線從側面的通孔處穿過，重新走線；將尼龍布套包裹線束，防止磨損；）

卷芯內部缺陷圖譜

     其中，第一排（a）是正常圖譜，內部沒有缺陷。

     第二排（b）三張照片出現(xiàn)極片彎曲變形的情況，這種情況可能是卷繞工藝中張力沒有控制好，極片彎折。這種缺陷會導致電池極片在充放電反復膨脹與收縮時出現(xiàn)大量褶皺，限制容量發(fā)揮，可能出現(xiàn)析鋰等問題。

     第三排（c）的缺陷是隔膜上存在金屬異物，金屬異物可能是極片制備或轉運過程引入的，比如極片輥壓、裁切等工藝。也可能卷繞工藝極片切斷產生的箔材碎屑。金屬異物會導致電池內部微短路，自放電嚴重，并存在安全隱患。一般檢出方法主要包括電芯絕緣耐電壓測試，高溫老化監(jiān)測自放電k值判定不合格品。

     第四排（d）的問題主要是涂層不均勻，包括兩面厚度不同的陰陽面，單側沒有涂層等。這個缺陷主要是涂布工藝產生的，或者極片制備工藝中出現(xiàn)的涂層脫落。一般極片輥壓，分切工藝都會設置CCD檢測，缺陷極片做好標記，在卷繞工藝裁切剔除不良品。但是，無法100%保證剔除不良品。如果出現(xiàn)這種情況電池容量損失，而且出現(xiàn)正負極容量不匹配導致析鋰等問題。

     第五排（e）的缺陷是內部存在粉塵等非金屬異物，這種情況危害雖然沒有金屬異物嚴重，但是也會影響電池性能，尺寸比較大時也可能導致隔膜破解，正負極微短路的情況。

     以上圖譜獲取的方法如下：將整個卷芯埋入A、B膠環(huán)氧樹脂中，固化保持卷芯內部結構特征。切割截面，并用砂紙打磨，拋光制作樣品，采用掃描電鏡觀察。獲取大量照片，從中找出了這些缺陷圖譜。

  圖2 卷心內部極片斷裂圖示  

     卷繞電芯在拐角處還可能出現(xiàn)極片斷裂的情況。極片太脆，厚度較大特別容易出現(xiàn)斷裂情況。