锂离子电池简介

锂离子电池是指不含固态金属锂，并以锂离子嵌入化合物为正极材料的二次充电电池，即可循环充放电电池。主要依靠锂离子在电池正极和负极之间移动来工作，具有安全可靠、能量密度高、充电速度快等一系列特性。目前作为电力储能装置，广泛应用于电子产品、电动汽车领域。在电池类型上，按照电池性质和正极活性物质划分，可以分为磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池以及钛酸锂电池等。

近年来，在电动汽车动力电池市场中，磷酸铁锂电池和镍钴锰酸锂电池各自具有的优越性使得这两种电池成为目前我国电动汽车动力锂离子电池中的主流电池产品。此外，不同锂离子电池性能虽然存在差异，但在电池结构、工作原理和生产工艺流程方面比较接近。

电池结构

磷酸铁锂电池是指使用磷酸铁锂活性材料作为电池正极的锂离子电池，其充放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达90%以上，电池安全性高，可快速充电且循环使用寿命长，无记忆效应，工作温度范围广，其特色是不含钴等贵重元素，原材料价格低，且磷、铁元素存在于地球中的资源含量丰富。按照部件构成，电池主要由正极极片、负极极片、电解液、隔膜、壳体以及BMS系统组成。

正极极片：主要包含正极浆料和集流体（铝箔），首先选择电极电势较高、结构稳定的具有嵌锂能力的层状或尖晶石结构的过渡金属氧化物或聚阴离子型化合物磷酸铁锂，将称量烘烤好的活性材料和电池溶液放置浆料搅拌机进行搅拌，通过涂布机将搅拌好的浆料均匀的涂在集流体的正反两面，再放置烘烤箱烘干，以保证无水分残留，最后按照电池规格和要求进行裁切，得到正极极片。

负极极片：由负极活性浆料和集流体（铜箔）构成，负极活性材料一般要求导电性能好，材料电压平稳，能量发挥好。目前较多使用结构稳定的并可大量储锂的层状石墨，将石墨与粘结剂、导电剂按照比例制成负极浆料，通过涂布机均匀的涂在集流体两面，制成两面三层的负极极片，并同样按照规格要求进行裁剪。

电解液：通常是指溶有电解质锂盐的有机溶剂，一般由锂盐、添加剂、有机溶剂组成。电解质锂盐有六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、四氟硼酸锂（LiBF4）等；添加剂有炭黑导电剂等；有机溶剂主要由碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)等其中的一种或几种混合组成。

隔膜：置于正负极之间，其目的是防止正负极直接接触，造成电池短路故障，且导通离子，允许锂离子通过隔膜。常见的电池隔膜主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和两者的复合材料。

外壳：按照材质划分，主要有铝壳、钢壳以及塑料壳等；其目的是保护内部电芯。

BMS系统：电池管理系统是保证电池正常充放电，延长电池使用寿命的重要装置，该系统会根据收集的数据，为不同状态的电池的进行充电任务分配。主要由电路板、钢片等组成。

工作原理

磷酸铁锂电池充电时，Li+从磷酸铁锂晶格内游离至极片表面，而后进入电解液中，穿过电池隔膜，再经由电解液游离至负极石墨晶体的表面，最后进驻石墨晶格中。与此同时，电子经电解液中的导电剂转向电池正极的铝箔集电极，经过

正极耳、正极柱、外电路、负极柱、负极耳流向电池负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷保持平衡。Li+从磷酸铁锂脱离后，磷酸铁锂转化成磷酸铁。

当电池放电时，Li+从石墨晶格中游离出来，进入电解液，穿过电池隔膜，再经由电解液转移至磷酸铁锂晶格的表面，然后重新进入到磷酸铁锂晶格内部。此时，电子经电解液中的导电剂转向电池负极的铜箔集电极，经负极耳、负极柱、外电路、正极柱、正极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷保持平衡。

生产工艺流程

1.称料搅拌（Mixing）

也称为混料、匀浆、制浆、配料等等。通过一定的加料顺序、搅拌工艺、真空控制、温度控制等条件，将正负极活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂等核心材料通过核定的比率，配成具有一定粘度要求和颗粒大小要求的电池浆料。配成的电池浆料需达到所要求的粘性、流动性和粒径大小，并且符合涂布机的涂布要求。

2.涂布（Coating）

是指将制配好的正负极浆料均匀的涂在电池正极集流体和负极集流体上，并且将其烘干制成电池极片的过程。涂布的方式主要有连续性涂布和间歇性涂布，其中锂离子动力电池浆料涂布的方式有刮刀直涂、刮刀辊涂、条缝式挤压涂，在涂布过程中需要注意涂布的层数、浆料的湿度以及极片涂布速度等。

3.辊压（Pressing）

是指将涂布完成的产品经过一定间隙下、一定压力下的两个钢辊，将极片压实到指定厚度的过程。电池极片在完成浆料涂布并且烘干后，活性物质和电池集流体之间的粘合度还相对较低，需要利用辊压机对其进行压实，增大电池活性物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落，同时可以减少物质间接触电阻，提高一定电池体积内的电池容量。

4.分切（Slitting）

分切也叫分条，极片经过浆料涂布，干燥和辊压之后，形成集流体及两面涂层的三层复合结构，需要根据电池设计结构和生产规格对极片进行裁切。极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响，例如极片边缘存在的毛刺，会造成电池内短路，引起自放电甚至热失控；切边若不平整，会使得电池极片在充放电过程中，存在不平衡情况，极易损坏电池。因此，极片裁切工艺需要避免这些问题出现，提高工艺品质。

5.卷绕（Winding）

卷绕是电芯的一种组成方式，适用于圆柱电池、方形电池以及软包电池。通过对设备的运行速度、力度、尺寸、偏差等影响参数的设定，将分切后尺寸规格相配套的正极极片、负极极片以及隔膜卷成裸电芯的过程。卷绕工艺的重点是需要将隔膜包裹住负极极片，同时电池负极极片需要将正极极片完全包含住，并且要求电池极片不能显露出箔体，因为露箔后容易造成极片局部刺穿隔膜，引起电池短路。

6.热压（HotPressing）

热压也叫整形，卷绕后的电芯处于鼓起状态，不利于入壳和电解液的浸润，需要将其热压以促进极片、隔膜间的接触，同时减小体积、防止正负极极片的错位。热压的影响因素包含机械压力、温度和时间设定等。

7.真空烘烤（VacuumBaking）

真空烘烤包括电池正负极极片烘烤和电芯烘烤，主要目的是控制好电芯内的水分含量。水分对于锂电池来说可以是致命的，水分与电解液接触后，形成的氢氟酸对电池有巨大的损坏，生成的气体也会造成电池鼓包等。烘烤效率受真空程度、烘干温度和时间影响，烘烤期间严禁开启烘烤箱和其他物品一起放置。

8.极耳焊接（TabWelding）

不管电池极片采用哪种卷绕或是叠片方式，都必须进行电池极耳与正负集流体的焊接。将正负极极耳焊接在集流体位置处，要保证焊接的强度，防止极耳脱落。极耳焊接方式一般选用超声焊接方式，其原理是在外部加压的条件下，通过焊头、焊座将两个需要焊接的物体利用高速振动波使两个接触面相互摩擦产生热量，进而融合在一起。超声焊接强度受焊接压力、振幅、频率、时间、焊机稳定性、焊头质量、工装、材料硬度等影响。

9.封装（Packaging）

电池封装主要分为金属壳封装和铝塑封装，包括柱型、方型和软包型三种电池。金属壳主要由钢壳和铝壳，钢壳坚硬、铝壳具有弹性，具有较好的保护性，适用于柱型电池和方形电池；铝塑封装适用于软包电池，对电池形状变化具有适宜性。对于柱形电池来说，封装步骤是将卷绕完后卷芯放入钢壳再进行点底焊、滚槽、注液后，再进行激光焊盖帽最后机械封口。对于方形电池来说，封装步骤是入壳后进行激光焊接封口，再注液孔注液完成后，完成最终的密封。软包电池封装的不同之处在于采用铝塑膜封装，铝塑膜由三层物质组成，PP层、铝层以及尼龙层。封装的关键是将PP层融化后相互粘结到一起，热封主要受到温度、热封时间、热封压力的影响，要保证无热封不良、不过封等。针对电池极耳处的顶封需重点