锂电池电芯卷绕工艺检测项目

锂离子电池卷绕是关键工艺过程.一般地,将正负极片、隔膜、正负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在各自放料轴上,设备经过自动放卷,自动纠偏定位完成正负极耳的焊接、保护胶带的贴覆、电芯卷绕、贴终止胶及下料到输送带等动作.最终,电芯在卷绕过程中一次性完成,减少装配过程中的人为干预,减少极片过程损伤,能够提高电芯装配质量.

因此,锂离子电池卷绕过程需要大量的检测,确保产品质量,主要包括:

1、尺寸检测下面以一款假想的电芯设计为例,具体说明卷绕电芯的尺寸检测主要内容.

1.1、电芯外形尺寸,包括高度A,宽度I,厚度X,胶带宽度F和位置、G、F'、H,极耳位置B、C、D、E等.这些尺寸可以直接测量,和卷绕工艺以及设备精度相关.

??卷绕电芯外形尺寸

1.2、极片相对位置电芯卷绕时,为了防止正极扩散过来的锂离子在负极有对应场所接纳嵌入晶格,负极必须全部包裹正极,并有一定尺寸余量.同时为了避免短路,隔膜必须包裹负极.因此,卷绕电芯在长度方向必须保证负极具有余量,隔膜包裹负极.极片相对位置非常关键,具体参数包括隔膜长度M,以及与负极的相对尺寸J、K等.另外,正负极之间的相对位置L等.这些尺寸受到极片涂布规格、卷绕工艺等影响.

另外,在极片宽度方向上,负极也需要超出正极一定余量V,隔膜超出负极一定余量W.宽度方向的对齐度直接由卷绕工艺精度决定,精度高时,余量尺寸可以更小,电池能量密度更高.但是,电池安全性系数降低,必须确保工艺精度,否则对电池存在巨大安全隐患.卷芯每层极片的对齐度一般采用X-射线全部检测,当正负极之间的宽度相对尺寸不满足要求时设备自动报警剔除不良品.

卷绕电芯极片相对位置

卷芯对齐度X射线检测(左)正常和(右)不良品图像

1.3、极片切断位置和极耳焊接位置,间隙涂布的极片需要根据电池设计确定对应的极片规格,例如间歇尺寸,A、B两面的错位设计等.卷绕时,极片切断位置正确才能保证极片规格正常,形成正确的卷芯.因此,电芯卷绕时,也需要检测极片规格是否正常,例如正极参数N、O、P,负极参数N'、O'、P'等.极耳焊接位置是否正确,例如R、S、T等

极片规格和极耳焊接位置

1.4、贴胶带位置,胶带粘贴主要包括涂层边缘胶带,极耳保护胶带等.确定卷绕工艺时,这些参数同样需要一一确定.

贴胶带位置

2、卷芯质量检测一般,极片在加工过程中,对于单面涂层、漏箔等缺陷极片会做出标记,在卷绕时单极片卷曲扔出.但是,仍旧常常出现缺陷极片出现在卷芯中,对卷芯作质量检测,剔除质量不合格品,能够进一步确保品质.质量检测异常主要的原因还是极片加工过程产生的不良品,比如涂布面密度不满足要求,单面涂层,极片存在胶带等缺陷.

3、极片切断毛刺检测关于毛刺的管控标准,一般毛刺尺寸小于隔膜厚度的一半,但是有些厂家控制要求更加严格,毛刺不超出涂层.极片切刀长期使用会出现磨损,影响切断效果,因此切刀需要进行寿命管理,定期检测切断质量,避免毛刺.一般切断毛刺观察过程为:取切断极片,绕在圆筒样品上,在光学显微镜下观察切断面,检测是否存在毛刺,

极片切断毛刺观察

4、卷芯绝缘耐电压测试卷绕之后,裸电芯需要进行热压处理,对极片和隔膜整形,使它们更加紧密接触,降低锂离子传输阻力.在热压地同时,往往会对裸电芯进行绝缘耐电压测试,主要判断电芯内部是否存在异物颗粒造成短路.金属异物主要来源于极片切割毛刺、极耳焊接碎屑等.绝缘耐电压测试一般采用安规仪,测试时,仪器给电芯加一个电压,这个电压持续一段规定的时间,然后检测其漏电电流量是否保持在规定的范围内,判断电芯正负极有无短路.详情见文章《锂离子电池生产现场异物管控》.

5、极耳焊接检测极耳的焊接效果直接影响电池性能,极耳焊接不良时分为虚焊或者过焊,无论虚焊还是过焊都会导致电池内阻增大,甚至无法充放电,致使电池出现严重的质量问题.一般现有技术对极耳焊接质量进行检测的方法有:电阻测试法、拉力测试法等.其中,电阻测试法测量焊接点的电阻,然而静态的内阻只要有一点实焊就能检测过关,其缺点是不能保证焊接力达到要求;而拉力测试法中的拉力测试由于是破坏性测试,要报废样品,而且只能抽检采用拉伸试验机.

6、卷芯内部其它缺陷检测卷芯内部缺陷还包括极片变形、断裂等,详细介绍见文章《锂离子电池卷绕电芯内部缺陷图谱》.

以上内容是根据自己的工作经验总结的,供朋友们参考,欢迎各位补充内容,指正错误.