Carver熱壓機在鋰電池電芯熱壓成形中的應用

在鋰離子電池生產過程中，極片生產完成后，采用卷繞或者疊片方式將正、負極極片和隔膜組裝制造形成基本的電芯。隨后，一般會對電芯進行熱壓整形。

一、工藝目的

無論在卷繞中或者Z型疊片中，必須對隔膜施加一定的張力，以確保正極片、隔膜、負極片之間的整齊程度，然而工藝過程中的張力會使隔膜在走帶方向被拉長，隔膜在走帶方向的收縮量很大，會使得隔膜嚴重擠壓極片，從而導致電芯組裝工藝后，特別是繞卷工藝，電芯發生變形，變形后的電芯不僅外觀平整度差，內部還會存在隔膜褶皺等缺陷，如圖1和圖2所示，這會導致容量低、循環性能差及自放電快等質量問題，尤其是卷繞較厚的電芯，卷繞后的變形問題尤為突出。另外，松散狀態的電芯厚度一致性也差，會影響電芯入殼工藝，增加入殼工藝的難度，甚至導致入殼時電芯損傷。

因此，電芯熱壓整形的主要目的包括：

（1）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；

（2）消除隔膜褶皺，趕出電芯內部空氣，使隔膜和正負極極片緊密貼個在一起，縮短鋰離子擴散距離，降低電池內阻。

二、工藝過程

為了使鋰離子電池電芯能夠在經過整形后平直且避免回縮復原。電芯熱壓整形工藝過程如下：將卷繞或疊片好的電芯放在模板上，設定增壓缸壓力和模板溫度，然后上下模板在一定壓力和溫度作用下使電芯定型，達到電芯厚度一致，使電芯彈性減小，降低裝芯合格率并保證成品電芯厚度的一致性。

一般，在電芯熱壓整形時，同時對電芯進行絕緣耐電壓測試，檢測電芯內部是否存在微短路。如果電芯內部存在微小金屬異物顆粒，在電芯被壓下狀態，電芯隔膜刺穿，很容易檢測出微短路不合格品。關于電芯絕緣耐電壓測試，再分享：鋰電池電芯絕緣耐電壓測試基礎知識。

三、工藝要點

電芯熱壓整形的主要工藝參數有加壓壓力、加壓時間和模板溫度。在合適的工藝參數下，厚電芯內部幾乎不存在空氣，隔膜和極片緊密粘合在一起，松散電芯能夠變成硬塊狀態。但是，對于近年來使用的陶瓷隔膜，由于陶瓷層存在，隔膜很難與極片粘合在一起形成這種狀態。在工藝確定試驗中，檢測項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；極片是否發生斷裂等。

電池隔膜作為電池的核心部件，發揮了隔離正負極電子傳導、同時允許鋰離子在兩極之間的往復通過的關鍵作用，隔膜上的微孔結構正是這些離子往返于正負極的重要通道，它的透氣性能會直接影響到電池的性能，隔膜透氣性是指隔膜在一定的時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極之間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。測試工藝過程為：固定電池隔膜，在隔膜一側施加氣壓，計量氣壓壓降和所用時間，檢測隔膜的透氣度，所用時間越短，透氣性越好。在熱壓過程中，隔膜可能被嚴重壓縮，隔膜厚度變化大，導致微孔被堵塞，肉眼觀察隔膜會變成透明色，這種情況說明熱壓整形對電芯作用超限，會影響鋰離子傳輸。卷繞電芯如圖2所示，如果極片比較脆，電芯折彎處在熱壓整形中容易發生掉粉甚至斷裂，這會導致電子傳輸受限，增加電池內阻。因此，電芯熱壓整形也必須避免這種情況發生。這兩個方面要求熱壓整形壓力越小越好，時間越短越好。而另外一方面，熱壓整形又必須使電芯定型，電芯厚度滿足工藝要求，電芯彈性減小，并保證成品電芯厚度的一致性。因此，壓力，時間和溫度等工藝參數需要優化。

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