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18650電芯生產(chǎn)全過程 1 鋰電池是目前數(shù)碼領(lǐng)域使用最多的電池 其最突出的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高 適用于非常注重體積 便攜的數(shù)碼產(chǎn)品 同時(shí) 相對于以往的干電池 鋰離子電池可以循環(huán)利用 在環(huán)保方面也有優(yōu)勢 鋰離子電池的正負(fù)極材料都可以吸收 釋放鋰離子 但是鋰離子在正極和負(fù)極中的化學(xué)勢能有所不同 負(fù)極中的鋰離子化學(xué)勢能高 正極中的鋰離子化學(xué)勢能低 鋰離子放電時(shí) 負(fù)極中存儲的鋰離子釋放出來 被正極所吸收 由于負(fù)極中鋰離子的化學(xué)勢能高于正極 這部分勢能差就以電能的形式釋放出來 充電過程則是上述過程的逆轉(zhuǎn) 將正極中的鋰離子釋放到負(fù)極中 由于這種鋰離子在正負(fù)極中的來回遷移 鋰離子電池又被稱為搖椅電池 2 18650是目前最常見的鋰電封裝方式 無論是當(dāng)下最流行的三元材料 還是國家力推的磷酸鐵鋰 以及尚未普及的鈦酸鋰 均有18650的規(guī)格 18650型電芯 采用Cylindrical圓柱形封裝方式 這種電芯直徑18mm 長度65mm 廣泛應(yīng)用于充電寶 電動(dòng)車 筆記本 強(qiáng)光手電筒等領(lǐng)域 這類封裝的好處是規(guī)格統(tǒng)一 方便自動(dòng)化 規(guī)模化生產(chǎn) 具有機(jī)械強(qiáng)度高 耐沖擊性強(qiáng) 良品率高等特點(diǎn) 此外還有Prismatic方形軟包封裝 常見于手機(jī)和平板電腦 這類封裝最直接的好處是輕薄 體積小 便攜 3 在筆記本電腦時(shí)代 18650電芯還只是數(shù)碼產(chǎn)品的幕后英雄 隨著智能手機(jī)和平板等智能設(shè)備的普及 18650也得以開始從幕后走向前臺 被大眾所熟知 那么 看似簡單的18650電芯是如何誕生 它有什么秘密呢 接下來 讓我們一起去探索它的誕生過程 近日筆者有幸進(jìn)入東莞一家電芯廠拜訪學(xué)習(xí) 將從涂布 組裝 測試三方面圖文并茂 為大家介紹18650電芯的誕生過程 4 電芯的生產(chǎn)過程一 涂布 5 進(jìn)入生產(chǎn)車間之前 需要戴上口罩和鞋套 避免吸入粉塵和產(chǎn)生靜電 首先從涂布工藝了解起 這道工序中可以看到大卷的銅箔 黃色 和鋁箔 銀色 鋁箔 是用來涂布鎳鈷錳NCM三元材料 反之 銅箔是用來涂布負(fù)極活性材料石墨 其中白色的為隔膜 全球鋰電池隔膜主要被Asahi Celgard SK toray W SCOP等廠商占據(jù) 這些國外企業(yè)把持了近70 的市場份額 而中國隔膜企業(yè)所占的市場份額約30 鋰電池隔膜自主國產(chǎn)化正在不斷突破 電芯的容量 是根據(jù)這些配方的調(diào)配比例面積得來 6 7 一整卷涂布完成的正負(fù)極材料寬約126mm 接下來還需要裁剪成寬度約18mm的7小卷 每卷都會均勻分成若干段 每一段代表一顆電芯所需的用料 據(jù)電芯廠工程師徐工介紹 目前三元正極材料每噸售價(jià)為12萬元 每噸材料可以用于生產(chǎn)5萬只電芯 當(dāng)前電芯產(chǎn)能日均50萬只 需要用到10噸三元正極材料 光這一項(xiàng)開支每日就需要60萬元 8 自動(dòng)化的機(jī)器將每段打上鎳帶和絕緣耐高溫的麥拉片 Mylar 下一步進(jìn)行5個(gè)級別的稱重 分別是偏重 A1 A2 A3 偏輕 這個(gè)跟CPU晶圓挑選一樣 同一批切割工藝 也會出現(xiàn)不同體質(zhì) 根據(jù)不同體質(zhì)再分出對應(yīng)容量 配對出貨 9 電芯的生產(chǎn)過程二 組裝 分類好的正極和負(fù)極 將在這里完成全自動(dòng)卷包 白色的材質(zhì)是隔膜 電芯這樣還不能正常工作 需要加入電解液作為媒介 讓正負(fù)極發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 鋰離子才能夠在正負(fù)極之間遷移 產(chǎn)生電荷離子輸出能量鋰電池才能進(jìn)行充放電 自動(dòng)化卷包好后直接滾落在了流水線上 進(jìn)入下一個(gè)組裝步驟裝入鋼殼 10 鋼殼是一體沖壓成型 厚度不足1mm 因此對鋼材強(qiáng)度質(zhì)量要求很高 這家電芯廠選用的是進(jìn)口韓鋼材料 這一步將負(fù)極極耳與鋼殼底部通過點(diǎn)焊的方式連接 該廠采用了日系Miyachi激光點(diǎn)焊機(jī) 確保了點(diǎn)焊精度和產(chǎn)品質(zhì)量 點(diǎn)焊機(jī)無法焊接鋼殼底部 先從預(yù)留的小洞插入底部 然后放入點(diǎn)焊機(jī) 咔嚓一下 負(fù)極就打好鎳帶與鋼殼底部連接好了 11 電解液在密封箱充滿惰性氣體氬氣的手套箱中內(nèi)注入 密封箱手套內(nèi)氧氣濃度必須低于10ppm 接近無氧真空環(huán)境 防止電極氧化 電解液氬氣通過循環(huán)凈化裝置輸入密封箱 裝置里頭有催化劑和還原劑氫氣 通過氫氧反應(yīng)生成水可以把氧氣除去 同時(shí) 裝置中的干燥劑吸收水分 保證箱內(nèi)氣氛的干燥 12 注入電解液后的電芯 已經(jīng)通過激光焊接將蓋帽與鋼殼連為一體 一排排整齊有序的堆放著 整裝待發(fā) 一只新的電芯就這樣誕生了 每一只電芯都需要穿上按容量分類的 新衣服 PVC套管 不同的容量對應(yīng)了不同的PVC封套 這里我們看到了綠 藍(lán) 粉等多個(gè)色 豐富的外觀顏色增添了電芯時(shí)尚感 13 電芯的生產(chǎn)過程三 首次充電和測試 電芯在注入電解液后 實(shí)際上還沒有存上電 而且此時(shí)正負(fù)極表面的狀態(tài)也沒有達(dá)到穩(wěn)定 必須通過首次充電才能夠正常使用 這種首次充電稱之為 化成 首次充電時(shí)需要充入額外的電量 用來在電極表面產(chǎn)生保護(hù)膜 這層保護(hù)膜正是鋰離子電池低自放電的奧秘所在 同時(shí) 保護(hù)膜的性質(zhì)也影響電池的性能和壽命 因此 化成工藝十分重要 化成采用分容柜完成 電芯是化學(xué)品 為了保障使用安全和壽命 在出廠前需要做好配對按盒分裝 每盒200只 確保三個(gè)一致性 容量一致 內(nèi)阻一致 電壓一致 如此方能正常出廠 否則把被打入冷宮 淪為B級 C級電芯 14 第一個(gè)測試 容量 為了確保容量測試的準(zhǔn)確性 該廠采購了行業(yè)領(lǐng)先的貝爾全自動(dòng)分容柜 滿足每日上萬只的分容需求 新誕生的電芯 需要做5個(gè)循環(huán)老化測試 把不能工作或者容量有偏差的挑選出來 依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 按照0 2C充放電測試 以合適的電流充電至4 20V截止 高壓版本需要充到4 30V或4 35V 靜置一段時(shí)間 15min以上 使電池溫度接近室溫且電池內(nèi)極化基本消散 測試采用0 2C放電至2 75V終止電壓 達(dá)到所標(biāo)注的容量 才算合格 這里的C是一個(gè)倍率單位 以2600mAh電芯放電為例 0 2C則為520mA放電 15 第二個(gè)測試 內(nèi)阻 現(xiàn)在電芯廠都配有內(nèi)阻自動(dòng)篩選機(jī)器 可流水線篩選 18650三元材料 內(nèi)阻在70毫歐以內(nèi) 都算合格品 低于30毫歐的算是特挑極品了 如果是磷酸鐵鋰或者鈦酸鋰 內(nèi)阻能做到20毫歐以內(nèi) 第三個(gè)測試 電壓 同一裝箱里面的電芯電壓3 7V 0 05 方便多節(jié)并聯(lián)或者串聯(lián)使用下 整箱抽出使用 每一箱的電芯都做過三個(gè)一致性配對 因此不推薦跨箱使用 這也是國際上通用的方法 除了一致性測試 每一個(gè)批次的電芯還需要抽查完成撞擊 震動(dòng) 穿刺等數(shù)十項(xiàng)破壞性測試 杜絕隱患 確保每一個(gè)批次品質(zhì)最佳 16 17