作為鋰離子電池生產(chǎn)的重要步驟——注液，主要是在干燥間內(nèi)完成，因此在保證浸潤效果的前提下盡量減少浸潤時間對于降低鋰離子電池的生產(chǎn)成本具有重要的意義。以往，我們無法對鋰離子電池的注液、浸潤過程進(jìn)行實(shí)時的觀察，因此對于注液工藝的優(yōu)化更多的是基于經(jīng)驗(yàn)分析，近年來隨著中子衍射等觀測手段的成熟，讓我們有機(jī)會對于電解液在鋰離子電池內(nèi)部的浸潤情況進(jìn)行實(shí)時的觀察，例如我們前一段時間就曾在《電池注液、浸潤過程“可視化”解讀》（請點(diǎn)擊鏈接）一文中報(bào)道了德國博世公司的W.J. Weydanz等人采用中子成像技術(shù)對電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤情況進(jìn)行了仔細(xì)的研究，技術(shù)手段的進(jìn)步讓我們“看”到了電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤過程，而浸潤模型的建立則能讓我們從原理上弄明白電解液的浸潤過程。

 

　　影響鋰離子電池注液和浸潤的因素非常多，例如注液設(shè)備、電池結(jié)構(gòu)、電池材料和注液工藝等等都會對注液和浸潤效果產(chǎn)生重要的印象，而這些因素之間的關(guān)系往往錯綜復(fù)雜，相互影響、相互作用，因此如何優(yōu)化注液和浸潤就變得非常主觀，因此優(yōu)化效果往往差強(qiáng)人意。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Thomas Knoche等通過建立模型的方式，闡明了注液過程中的各個因素之間的相互作用和因果關(guān)系，為優(yōu)化鋰離子電池注液過程提供了強(qiáng)有力的分析工具。

 

 

 

　　1.模型介紹

 

　　Thomas Knoche的模型結(jié)構(gòu)可以分為三步，構(gòu)建模型的第一步主要為細(xì)分注液過程，如下圖所示。注液過程的影響因素可以細(xì)分為“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”、“注液設(shè)備”、“工藝特性”、“注液設(shè)備”，以及“產(chǎn)品質(zhì)量”和“工藝質(zhì)量”幾部分。其中“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”又可以繼續(xù)細(xì)分為幾個更加具體的部分，特別是當(dāng)這個幾個部分工作機(jī)理不同時，更應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的劃分，例如對于鋰離子電池注液過程，電池設(shè)計(jì)可以分為“電池結(jié)構(gòu)”和“電池材料”兩大部分，其中“電池結(jié)構(gòu)”代表的是電池的宏觀結(jié)構(gòu)，“電池材料”則代表電池材料的物理和化學(xué)特性。“設(shè)備”和“工藝實(shí)施”則代表了生產(chǎn)過程對于電池特性的影響。“工藝現(xiàn)象”是這一層模型的核心，因此“工藝現(xiàn)象”描述了其他不同部分之間的因果關(guān)系。最終上述的輸入因素都會最終反映在輸出“產(chǎn)品質(zhì)量”和“工藝質(zhì)量”上。

 

 

 

　　構(gòu)建模型的第二步主要闡述不同因素之間的因果關(guān)系，

 

 

 

　　構(gòu)建模型的第三步主要是根據(jù)實(shí)際的工藝步驟將模型具體化和詳細(xì)化，

 

 

 

　　2.模型應(yīng)用

 

　　2.1注液工藝

 

　　鋰離子電池的注液和浸潤可以細(xì)分為多個步驟——注液、密封和浸潤，以及各個步驟之間的準(zhǔn)備工作等。根據(jù)上面的的構(gòu)建模型的方法，鋰離子電池的注液和浸潤過程可以由下圖表示，下圖中的箭頭表明了注液過程各個因素之間的因果關(guān)系。從圖上可以看到，注液過程主要受到注液系統(tǒng)和體系壓力兩個因素的影響。而體系壓力會對電池注液準(zhǔn)備、注液、密封前浸潤和密封后浸潤等過程產(chǎn)生影響，可見體系壓力是電池體系注液和浸潤過程最重要的影響因素。

 

 

 

　　目前的常見的注液方式主要分為兩類，一種是通過注液孔直接注液（最主流的方式），另外一種是將電池放入到電解液之中讓電解液滲入電池。通過注液孔注液的方式，根據(jù)注液量又可以分為單倍注液和多倍注液（受到電池結(jié)構(gòu)和批次的影響）。幾種注液方式促進(jìn)浸潤的措施各有不同，其中單倍注液方法，通過反復(fù)的抽壓的方式促進(jìn)電解液在電芯內(nèi)的浸潤，而多倍注液方法是通過加壓的方式促進(jìn)電解液在電芯內(nèi)浸潤，浸入式注液則沒有促進(jìn)浸潤的措施。

 

 

 

　　2.2注液設(shè)備

 

　　注液和浸潤用到的設(shè)備，以及設(shè)備之間相互的因果關(guān)系如下圖所示?？梢钥吹阶⒁涸O(shè)備主要由三部分組成：1）注液設(shè)備；2）壓力控制設(shè)備，真空設(shè)備和加壓設(shè)備；3）電池固定結(jié)構(gòu)。