锂电池排版 锂电池行业的车间为什么不能含铜,锌元素?

小编 2025-04-02 电池定制 23 0

锂电池行业的车间为什么不能含铜、锌元素?

新能源锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂金属的化学特性非常活泼,使得其在加工、保存、使用过程中,对车间要求也非常高。随着全球“碳达峰、碳中和”的大势所趋,锂电池已成为新能源行业的主力军。那么新能源锂电池行业为什么都要禁用锌、铜元素呢?

首先,锌是活泼金属,铜属于过渡金属(偏活泼),所以铜、锌原则上也比较容易发生化学反应,在锂电池的生产过程中,由于两极同时反应,不会在两极间产生明显的电势差,无法形成典型的原电池。

此外,正极材料生产工序较多,制造过程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险。如正极材料中存在铁(Fe)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锌(Zn)、银(Ag)等金属杂质时,电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后,这些金属就会先在正极氧化再到负极还原,当负极处的金属单质累积到一定程度,其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜,造成电池自放电。自放电对锂离子电池会造成致命的影响,甚至引起爆炸。

综上分析,锂电池车间严禁出现铜、锌元素更多是出于安全考虑。此外,锂电浆液的输送也需要选用专业的输送设备,杜绝安全隐患。

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本文来源:百度内容(有删改)

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锂电新技术!“叠片”对比“卷绕”

大家都知道圆柱电池仅用卷绕,软包电池仅用叠片,方形电池是两种工艺的重叠领域。锂电池封装方式可以分为方形、圆柱以及软包。根据GGII数据,截至2022年第三季度,方形动力电池装机量约156.47GWh,同比增长125%;软包动力电池装机量约9.32GWh,同比增长47%; 圆柱形动力电池装机量约5.99GWh,同比下降10%。

方形电池可塑性较强,成组效率高,是目前主流整车厂商的首选。但行业内生产工艺不统一,单体差异性较大。方形电池可同时应用卷绕、叠片两种工艺进行生产。

圆柱电池生产工艺最成熟,一致性较高,市场上主流型号包括1865、2170和4680。圆柱电池容量较低,结构件等分摊成本高,电芯数量远高于方形和软包电池,系统集成难度大,仅能通过卷绕工艺进行生产。

软包电池在同容量下重量最轻,定制化程度高,界面均一性好,快充性能好。但铝塑膜依赖进口,生产成本高,行业内的生产标准并未统一,电池一致性较差。主流软包电池采用叠片工艺。

电池性能对比

锂电池的生产共分为四大工序,分别对应极片生产、电芯组装、电芯激活检测和电池封装。

极片生产是锂电池制造的基础,对极片制造设备的性能、精度、稳定性、自动化水平和生产效能等有着很高的要求 ,主要分为浆料搅拌、极片涂布、极片辊压、极片分切四个步骤。在极片分切 后会根据电芯的要求分别采取制片或模切工艺,将窄极片制成适合卷绕或叠片的第一工序段半成品。

电芯组装是锂电池生产的中段环节,对精度、效率、一致性要求较高,主要包含电芯卷绕或叠片、电芯预封装以及电芯注液三个步骤,卷绕是将极片卷成极组,叠片是将极片叠成极组。根据 GGII测算,中段环节的设备采购金额占全流程设备总价值的30%-35%,其中,卷绕机、叠片机的采购金额约占中段环节的70%,是最核心的生产设备。

电芯激活检测、封装是锂电池生产的后段环节,化成和分容是其中最重要的部分。化成是对注液封装后的电芯充电进行活化,分容是在电池活化后测试电池容量及其他电性能参数并进行分级。

卷绕是通过控制极片的速度、张力、尺寸、偏差等要素,将正负极片、隔膜、胶带等原料分条后按尺寸卷成极芯。

卷绕要求极片、隔膜在卷的过程中始终保持齐整,因此对纠偏技术要求较高。行业通常要求卷后正负极片和隔膜的上下偏差均小于0.5mm。

国内领先企业的圆柱电芯卷绕速度能达到18m/s;方形卷绕由于要保持线速度稳定,因此变角速度较慢,目前国内领先企业的生产速度约为0.8m/s。

通过卷绕工艺制成的圆柱形或方形半成品,最终会被放入对应的钢壳/铝壳形成不同形态的电芯。目前4680大圆柱电池采用卷绕工艺进行标准化生产,被特斯拉、宝马等主流整车厂商大力推广。

叠片是先根据电芯的层数要求确定极片数量,然后将正、负极片裁切成相同大小后间隔堆叠到隔膜上。

通过叠片工艺制成的软包或方形半成品,最终会被放入铝塑膜或钢壳/铝壳制成软包或方形电芯。方形电池可通过叠片工艺向长刀、短刀电池发展,且目前已被比亚迪、蜂巢能源等公司应用;主流软包电池通过叠片工艺生产。

叠片电池能量密度更高、内部结构更稳定、寿命长的同时安全性更好,但目前叠片设备的生产效率较低、设备投资成本更大且产成品良率不如卷绕。国内企业目前大多采用中小尺寸卷绕机,叠片机的比例还不高。

卷绕和叠片的模切方式、产品物料、极耳间距、冲切定位方式等存在差异性。

卷绕

模切方式:双边五金/激光模切;

物料差异:下料时为卷绕;

极耳间距:间距不等内圈小,外圈大;

冲切定位:有Mark孔定位,检测到时进行切断。

叠片

模切方式:单边五金/激光模切;

物料差异:下料时为片状;

极耳间距:等间距;

冲切定位:按片数计数。

卷绕和叠片在极片连续性、控制方式、裁断次数等存在差异性。

卷绕

正负极:极片连续;

控制方式:控制极片的长度;

裁断次数:仅需对每片极片进行一次截断, 极片数量少, 质量可控。

叠片

正负极:极片不连续、呈现片状;

控制方式:控制叠片数量;

裁断次数:多次裁断 形成成百上千的小极片, 工艺控制难度大, 且易产生粉尘、 毛刺等问题。

极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响。

毛刺和杂质:会造成电池内短路,引起自放电甚至热失控。

尺寸精度差:无法保证负极完全包裹正极,或者隔膜完全隔离正负极极片,引起电池安全问题。

材料热损伤、涂层脱落等:会造成电池内短路,引起自放电甚至热失控。

切边不平整,引起极片充放电过程的不均匀性。

五金模具受益于叠片技术发展。

模具定期更换:

模切模具每3个月更换一次,模具在使用过程中可能会出现疲劳,卷刃需要磨刀刃,磨了十次就要更换。

模具要求更高

叠片对毛刺要求更高:消费电子是5微米左右,动力电是10~15微米左右。

卷绕和叠片在极组成型上存在工艺差异。

4680圆柱电池卷绕过程

卷绕:单卷轴方式,中间空心;

全极耳:采用高速气体吹折弯极耳。

特斯拉4680圆柱电芯卷绕

方形电池卷绕过程

卷绕:双卷轴,速度慢于单卷轴;

极耳:极耳平齐。

方形电芯卷绕

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