深入解析锂离子软包电池生产工艺及其与硬包电池的区别

锂离子电池,作为一种高效的二次充电电池,其工作原理主要依赖于锂离子在正极和负极之间的可逆移动。在充电过程中,锂离子从正极脱离并经过电解质嵌入负极,使负极呈现富锂状态;而放电时则发生相反的反应。此外,根据不同的外形特征,当前新能源汽车市场上主流的电池类型可分为三类:方形铝壳电池、软包电池以及圆柱电池。

图1 展示了不同种类的锂离子电池。其中,软包锂离子电池以其独特的外包装——铝塑膜,区别于方形铝壳电池和圆柱电池。在安全性方面,软包电池表现出色,通常在出现安全隐患时,会先胀气或从封印处释放能量,从而有效避免爆炸,提供更高的安全保障。同时,相同容量的软包电池重量更轻,能量密度更高。此外,软包电池的设计更加灵活,能够根据客户需求进行定制,为新型电池的开发提供了更多可能性。然而,软包电池也面临一些挑战,如铝塑膜主要依赖进口、生产工艺复杂以及自动化程度相对较低等。但随着锂离子电池生产工艺的持续改进和设备升级,软包电池的生产效率正在不断提升。

图2展示了软包锂离子电芯的拆解示意图。软包电池的核心构成包括正负极、电解质、隔膜以及外壳。电池两端的凸起部分是极耳,它负责传输电流。在锂离子电池中,极耳的分布有单头出极耳和双头出极耳两种方式。以单头出极耳为例,拆解后的电池结构清晰可见,包括正极、负极、隔膜等关键部件。此外,电解液作为离子传输的通道,也是软包电池不可或缺的组成部分。

锂离子电池的生产过程相当复杂,以万向一二三的生产流程为例,它涵盖了匀浆、涂布、碾压、冲片、叠片、封装、注液、化成等多个关键工序。
匀浆是锂离子电池生产中的关键步骤,它涉及将正负极物料、导电剂及粘结剂进行精确混合,以制备出均一、稳定的浆料。这一过程对锂电池的性能有着深远的影响,因为浆料的性能直接决定了电池的电化学性能。在匀浆结束后,会对浆料进行一系列的测试,以确保其性能满足要求。
涂布工艺则是将制备好的正、负极浆料均匀涂覆在铝箔或铜箔上,并经过烘干,形成极片。这个工艺对电池的性能至关重要,因为极片的平整度、色泽均匀度等都会直接影响电池的性能。

随后,涂布完成的极片会经过碾压工序,通过轧辊与极片之间的摩擦力使极片变形并致密化,从而增加正负极材料的压实密度。这一步骤对于提高电池的放电容量、减小内阻、延长循环寿命等都具有重要意义。

接下来是分切和冲片工序,由于生产中的极卷尺寸较大,需要将其切至所需的极片尺寸,以满足产能和效率的要求。

完成分切和冲片后,极片会按照特定的顺序进行堆叠,形成电芯。这个过程称为叠片,它包括Z字型叠片和摇摆式叠片等方式。虽然叠片工艺对极片的对齐精度要求较高,且目前叠片机的效率较低、自动化程度不高,但其电池性能优于卷绕工艺。随着新能源行业的不断发展,叠片工艺已成为长期发展的趋势。
封装过程是将堆叠完成的电芯进行极耳焊接,随后将焊接好的电芯置入预先冲压成型的铝塑膜中,并执行顶封和侧封等工艺,以完成封装。封装完成的电芯内部,铝塑膜设计有余量,形成气袋,这是为了应对电芯在化成过程中可能产生的气体。这些气体将在后续的degas工序中得以去除。

注液与化成:

注液是向封装后的电芯中注入电解液的过程,电解液作为离子传输的载体,对电池性能至关重要。在电解液中添加特定成分,能进一步提升锂离子电池在安全、高低温等条件下的表现。

随后,注液后的电池需进行化成,即在小电流下充电,激活锂离子电池。在此过程中,负极表面会形成SEI膜,其性能对电池的倍率、自放电等关键指标有直接影响。但化成会产生大量气体,因此化成后需进行Degas除气处理。

此外,为了保证电池性能的一致性,锂离子电池还需经过分容、内阻、自放电等严格测试,以区分不同性能的电池并进行合理分组。

单体电池的制备完成后,根据串并联需求进行组装,即可用于电动汽车、储能等多元化领域。

软包锂电池与硬包锂电池的对比:

锂电池有软包和硬包两种形态,它们在结构和性能上有所不同。锂电池包由正极、负极、电解质、隔膜及外壳等关键部件构成。那么,这两种形式的锂电池有何差异呢?

软包锂电池,顾名思义,是在液态锂离子电池外层覆盖一层聚合物外壳,其结构采用铝塑膜进行包装。这种设计使得软包电池在面临安全隐患时,只会鼓气裂开,而不会发生爆炸。相较于硬包锂电池,软包锂电池具有诸多优势,包括体积更小、重量更轻、比能量更高以及安全性更好。此外,其设计也更为灵活,能够根据客户需求定制形状,为新电芯型号的开发提供了便利。然而,软包锂电池也存在一些不足,如现有型号较少,难以满足市场需求,且新型号的开发成本相对较高。

软包锂电池与硬包锂电池的主要区别在于其外壳材质。若仅凭外观,可能难以察觉,但一旦露出锂电池本体,便会发现钢壳电池的重量相较于同体积的电池更重。然而,铝壳与软包装电池在重量上则较为接近,难以直接区分。不过,软包装电池的柔软性是其独特之处,用手轻轻掰动即可明显变形。
在形状方面,软包锂电池因其内部电池为液态,因此外形变化多样,这一特性在特定锂电池形状需求的领域中具有显著优势。

至于磷酸铁锂电池包的选择,无论是硬壳还是软包,其锂电池特性并无显著差异。选择何种包装方式主要取决于应用场合的需求。若需对锂电池包进行严格防护,硬壳产品可能更为合适;而在某些对锂电池形状有特殊要求的领域,软包锂电池则能发挥其独特优势。

综上所述,软包锂电池与硬包锂电池在材质和形状上各有特点,选择时需根据具体应用场合来定。存能电气提供的磷酸铁锂电池包产品,凭借其稳定的性能和先进的技术,赢得了众多行业用户的好评,成为锂电池UPS行业的信赖之选。

0

全部评论 (0)

暂无评论