動力鋰離子電池製作之卷繞


動力鋰離子電池製作之卷繞

2021-01-13 電子發燒友

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動力鋰離子電池製作之卷繞

發表於 2018-06-29 14:22:53

卷繞:既把雷射切好後的極片,通過卷針的轉動,把極片捲成一個層層包裹的卷芯狀,正常包裹方式爲隔膜,正極,隔膜,負極,塗膠隔膜面對著正極。一般卷針爲稜形、橢圓形、圓形卷針,理論上講,卷針越圓,卷芯貼合得越好,但圓形的卷針使得極耳翻折比較嚴重。在此主要考慮極耳對齊度,跑偏,斷帶。跑偏主要是由於極片的波浪邊和卷針的水平度導致,可通過前工序的修正和設備的校正改善。卷繞過程中有CCD進行檢測糾偏,檢測正負極間距,正負極與隔膜間距。卷繞過後一般對應的是貼碼和熱壓,可烘烤後再熱壓,增強壓實效果。

這裡我們主要提一下隔膜,隔膜是鋰離子電池的重要組成部分,起著分隔正、負極,防止電池內部短路,允許電解質離子自由通過,完成電化學充放電過程的作用。其性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環性能以及安全性能等特性,性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用,被業界稱爲電池的「第三電極」。

鋰離子電池對隔膜的要求包括:

(1)具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離;

(2)有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性;

(3)耐電解液腐蝕,有足夠的化學和電化學穩定性,這是由於電解質的溶劑爲強極性的有機化合物;

(4)具有良好的電解液的浸潤性,並且吸液保溼能力強;

(5)力學穩定性高,包括穿刺強度、拉伸強度等,但厚度儘可能小;

(6)空間穩定性和平整性好;

(7)熱穩定性和自動關斷保護性能好;

(8)受熱收縮率小,否則會引起短路,引發電池熱失控。

除此之外,動力電池通常採用複合膜,對隔膜的要求更高。鋰離子電池隔膜材料可以分爲:

微孔聚烯烴膜、非織造布、聚合物/ 無機複合材料和凝膠聚合物電解質膜四大類。

1 聚烯烴微孔膜成本低廉、尺寸孔徑可控、具有穩定的化學穩定性、良好的機械強度和電化學穩定性,並且具有高溫自關閉性能(約140℃),保證了鋰離子二次電池日常使用的安全性能。商品化的鋰離子電池隔膜材料主要採用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜。

2無紡布又稱非織造布,是由纖維進行定向或隨機撐列,形成纖網結構,然後採用機械、熱粘或化學等方法加固而成。包括天然和合成纖維材料,如纖維素及其衍生物、聚烯烴纖維、聚醯胺(PA)纖維、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等。無紡布隔膜孔隙率高(60%~80%),結構呈三維孔狀,可防止鋰離子電池中鋰枝晶的生長。無紡布基材隔膜提高透氣性和改善吸液性有獨特的技術優勢,且製備成本較低,將成爲大容量高功率鋰離子電池隔膜的重要發展趨勢之一。

3 無機複合膜,也稱陶瓷膜,是由少量粘合劑與無機粒子形成的多孔膜,對電解質溶液具有優良的潤溼性,可以保持高容量的電解液如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC),有助於延長電池的循環壽命,同時高溫時具有優良的熱穩定性和尺寸完整性,可提高電池的安全性能。因此,無機複合隔膜應用於鋰離子電池成爲人們的研究熱點方向。

4 將PVDF-HFP 和有機溶劑形成凝膠,同時充當液體電解質體系中隔膜和離子電導載體的功能,具有吸液保溼性能強、電導率高、加工性能良好等優點,從此凝膠聚合物電解質膜引起了人們的廣泛關注,陸續報導了聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVdF)及其共聚物、聚氧乙烯(PEO)等體系。然而這些凝膠聚合物電解質膜存在厚度過大限制電池容量,機械性能較差,缺乏聚烯烴隔膜的熱關閉熱性可能引發電池安全性能等不足,故而需要改良。

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