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18650电芯装 配线生产全过程

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18650电芯装 配线生产全过程

发布日期:2019-11-13 作者: 点击:

    18650生产全过程

    锂电池 是目前数码领域使用最多的电池。其最突 出的优点是能量密度高,适用于非常注重体积、便携的数码产品。同时,相对于以往的干电池,锂离子 电池可以循环利用,在环保方面也有优势。锂离子 电池的正负极材料都可以吸收、释放锂离子。但是锂 离子在正极和负极中的化学势能有所不同。负极中 的锂离子化学势能高,正极中 的锂离子化学势能低。锂离子放电时,负极中 存储的锂离子释放出来,被正极所吸收。由于负 极中锂离子的化学势能高于正极,这部分 势能差就以电能的形式释放出来。充电过 程则是上述过程的逆转,将正极 中的锂离子释放到负极中。由于这 种锂离子在正负极中的来回迁移,锂离子 电池又被称为摇椅电池。

    18650是目前 最常见的锂电封装方式,无论是 当下最流行的三元材料,还是国 家力推的磷酸铁锂,以及尚 未普及的钛酸锂,均有18650的规格。18650型电芯,采用Cylindrical圆柱形封装方式,这种电芯直径18mm,长度65mm,广泛应用于充电宝、电动车、笔记本、强光手电筒等领域,这类封 装的好处是规格统一,方便自动化、规模化生产,具有机械强度高、耐冲击性强、良品率高等特点;此外还有Prismatic方形软包封装,常见于 手机和平板电脑,这类封 装最直接的好处是轻薄,体积小,便携。

    在笔记本电脑时代,18650电芯还 只是数码产品的幕后英雄。随着智 能手机和平板等智能设备的普及,18650也得以 开始从幕后走向前台,被大众所熟知。那么,看似简单的18650电芯是如何诞生?它有什么秘密呢?接下来,让我们 一起去探索它的诞生过程。近日笔 者有幸进入东莞一家电芯厂拜访学习,将从涂布、组装、测试三方面图文并茂,为大家介绍18650电芯的诞生过程。

    电芯的生产过程一:涂布

    进入生产车间之前,需要戴上口罩和鞋套,避免吸 入粉尘和产生静电。首先从 涂布工艺了解起,这道工 序中可以看到大卷的铜箔(黄色)和铝箔(银色)。铝箔,是用来涂布镍钴锰NCM三元材料;反之,铜箔是 用来涂布负极活性材料石墨;其中白色的为隔膜。全球锂 电池隔膜主要被Asahi、Celgard、SK、toray、W-SCOP等厂商占据,这些国 外企业把持了近70%的市场份额。而中国 隔膜企业所占的市场份额约30%,锂电池 隔膜自主国产化正在不断突破。电芯的容量,是根据 这些配方的调配比例面积得来。

    一整卷 涂布完成的正负极材料宽约126mm,接下来 还需要裁剪成宽度约18mm的7小卷,每卷都 会均匀分成若干段,每一段 代表一颗电芯所需的用料。据电芯 厂工程师徐工介绍,目前三 元正极材料每吨售价为12万元,每吨材 料可以用于生产5万只电芯;当前电芯产能日均50万只,需要用到10吨三元正极材料,光这一 项开支每日就需要60万元。

    自动化 的机器将每段打上镍带和绝缘耐高温的麦拉片(Mylar),下一步进行5个级别的称重,分别是偏重、A1、A2、A3、偏轻。这个跟CPU晶圆挑选一样,同一批切割工艺,也会出现不同体质,根据不 同体质再分出对应容量,配对出货。

    电芯的生产过程二:组装

    分类好的正极和负极,将在这 里完成全自动卷包,白色的材质是隔膜。电芯这 样还不能正常工作,需要加 入电解液作为媒介,让正负 极发生化学反应,锂离子 才能够在正负极之间迁移,产生电 荷离子输出能量锂电池才能进行充放电。自动化 卷包好后直接滚落在了流水线上,进入下 一个组装步骤装入钢壳。


    钢壳是一体冲压成型,厚度不足1mm,因此对 钢材强度质量要求很高,这家电 芯厂选用的是进口韩钢材料。

    这一步 将负极极耳与钢壳底部通过点焊的方式连接。该厂采用了日系Miyachi激光点焊机,确保了 点焊精度和产品质量。点焊机 无法焊接钢壳底部,先从预 留的小洞插入底部,然后放入点焊机,咔嚓一下,负极就 打好镍带与钢壳底部连接好了。

    电解液 在密封箱充满惰性气体氩气的手套箱中内注入,密封箱 手套内氧气浓度必须低于10ppm(接近无氧真空环境),防止电极氧化。电解液 氩气通过循环净化装置输入密封箱, 装置里 头有催化剂和还原剂氢气,通过氢 氧反应生成水可以把氧气除去。同时,装置中 的干燥剂吸收水分,保证箱内气氛的干燥。

    注入电解液后的电芯,已经通 过激光焊接将盖帽与钢壳连为一体。一排排 整齐有序的堆放着,整装待发。

    一只新 的电芯就这样诞生了。每一只 电芯都需要穿上按容量分类的“新衣服”PVC套管。

    不同的 容量对应了不同的PVC封套,这里我们看到了绿、蓝、粉等多个色,丰富的 外观颜色增添了电芯时尚感。

    电芯的生产过程三:首次充电和测试

    电芯在注入电解液后,实际上还没有存上电,而且此 时正负极表面的状态也没有达到稳定,必须通 过首次充电才能够正常使用,这种首次充电称之为“化成”。首次充 电时需要充入额外的电量,用来在 电极表面产生保护膜,这层保 护膜正是锂离子电池低自放电的奥秘所在。同时,保护膜 的性质也影响电池的性能和寿命。因此,化成工艺十分重要。化成采用分容柜完成。

    电芯是化学品,为了保 障使用安全和寿命,在出厂 前需要做好配对按盒分装,每盒200只。确保三个一致性:容量一致、内阻一致、电压一致。如此方能正常出厂,否则把被打入冷宫,沦为B级、C级电芯。

    第一个测试,容量。为了确 保容量测试的准确性,该厂采 购了行业领先的贝尔全自动分容柜,满足每 日上万只的分容需求。新诞生的电芯,需要做5个循环老化测试,把不能 工作或者容量有偏差的挑选出来。依据国家标准GB/T18287-2013《移动电 话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》,按照0.2C充放电测试。以合适的电流充电至4.20V截止(高压版本需要充到4.30V或4.35V),静置一段时间(15min以上)使电池 温度接近室温且电池内极化基本消散。测试采用0.2C放电至2.75V终止电压,达到所标注的容量,才算合格。这里的C是一个倍率单位,以2600mAh电芯放电为例,0.2C则为520mA放电。

    第二个测试,内阻。现在电 芯厂都配有内阻自动筛选机器,可流水线筛选。18650三元材料,内阻在70毫欧以内,都算合格品;低于30毫欧的 算是特挑极品了。如果是 磷酸铁锂或者钛酸锂,内阻能做到20毫欧以内。

    第三个测试,电压。同一装 箱里面的电芯电压3.7V±0.05,方便多 节并联或者串联使用下,整箱抽出使用。每一箱 的电芯都做过三个一致性配对,因此不推荐跨箱使用,这也是 国际上通用的方法。

    除了一致性测试,每一个 批次的电芯还需要抽查完成撞击、震动、穿刺等 数十项破坏性测试,杜绝隐患,确保每 一个批次品质最佳。



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