在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，極片生產(chǎn)完成后，采用卷繞或者疊片方式將正、負(fù)極極片和隔膜組裝制造形成基本的電芯。隨后，一般會對電芯進(jìn)行熱壓整形。本文主要簡單介紹熱壓整形工藝的目的與工藝控制要點。

一、工藝目的

無論在卷繞中或者Z型疊片中，必須對隔膜施加一定的張力，以確保正極片、隔膜、負(fù)極片之間的整齊程度，然而工藝過程中的張力會使隔膜在走帶方向被拉長，隔膜在走帶方向的收縮量很大，會使得隔膜嚴(yán)重擠壓極片，從而導(dǎo)致電芯組裝工藝后，特別是繞卷工藝，電芯發(fā)生變形，變形后的電芯不僅外觀平整度差，內(nèi)部還會存在隔膜褶皺等缺陷，如圖1和圖2所示，這會導(dǎo)致容量低、循環(huán)性能差及自放電快等質(zhì)量問題，尤其是卷繞較厚的電芯，卷繞后的變形問題尤為突出。另外，松散狀態(tài)的電芯厚度一致性也差，會影響電芯入殼工藝，增加入殼工藝的難度，甚至導(dǎo)致入殼時電芯損傷。  

因此，電芯熱壓整形的主要目的包括：

（1）改善鋰離子電池的平整度，使電芯厚度滿足要求并具有高的一致性；

（2）消除隔膜褶皺，趕出電芯內(nèi)部空氣，使隔膜和正負(fù)極極片緊密貼個在一起，縮短鋰離子擴散距離，降低電池內(nèi)阻。

二、工藝過程

為了使鋰離子電池電芯能夠在經(jīng)過整形后平直且避免回縮復(fù)原。電芯熱壓整形工藝過程如下：將卷繞或疊片好的電芯放在模板上，設(shè)定增壓缸壓力和模板溫度，然后上下模板在一定壓力和溫度作用下使電芯定型，達(dá)到電芯厚度一致，使電芯彈性減小，降低裝芯合格率并保證成品電芯厚度的一致性。 

對于方形電池，熱壓整形裝置如圖3所示，上下模板就是平板，在壓力作用下平板合模平整電芯。而對于圓柱電池，熱壓整形裝置如圖4所示，固定在底座上產(chǎn)生相向運動的兩汽缸，在兩汽缸活塞桿尾端帶有柱形槽的兩個半圓模，兩半圓模柱形槽的半徑相等且等于或小于預(yù)設(shè)卷芯半徑。利用機械手或夾具夾持卷芯放置在兩個半圓模的中心位置處，控制兩個汽缸帶動兩半圓模合模相向運動，使得兩個半圓模對卷芯進(jìn)行擠壓，從而將卷繞整形到預(yù)設(shè)的尺寸，使之能夠放入與之相匹配的外殼內(nèi)。 

一般，在電芯熱壓整形時，同時對電芯進(jìn)行絕緣耐電壓測試，檢測電芯內(nèi)部是否存在微短路。如果電芯內(nèi)部存在微小金屬異物顆粒，在電芯被壓下狀態(tài)，電芯隔膜刺穿，很容易檢測出微短路不合格品。

三、工藝要點

電芯熱壓整形的主要工藝參數(shù)有加壓壓力、加壓時間和模板溫度。在合適的工藝參數(shù)下，厚電芯內(nèi)部幾乎不存在空氣，隔膜和極片緊密粘合在一起，松散電芯能夠變成硬塊狀態(tài)。但是，對于近年來使用的陶瓷隔膜，由于陶瓷層存在，隔膜很難與極片粘合在一起形成這種狀態(tài)。在工藝確定試驗中，檢測項目包括隔膜的透氣性、厚度變化；電芯厚度是否滿足入殼要求；極片是否發(fā)生斷裂等。

電池隔膜作為電池的核心部件，發(fā)揮了隔離正負(fù)極電子傳導(dǎo)、同時允許鋰離子在兩極之間的往復(fù)通過的關(guān)鍵作用，隔膜上的微孔結(jié)構(gòu)正是這些離子往返于正負(fù)極的重要通道，它的透氣性能會直接影響到電池的性能，隔膜透氣性是指隔膜在一定的時間壓力下透過的氣體量。如果隔膜的透氣性不好，將影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。測試工藝過程為：固定電池隔膜，在隔膜一側(cè)施加氣壓，計量氣壓壓降和所用時間，檢測隔膜的透氣度，所用時間越短，透氣性越好。在熱壓過程中，隔膜可能被嚴(yán)重壓縮，隔膜厚度變化大，導(dǎo)致微孔被堵塞，肉眼觀察隔膜會變成透明色，這種情況說明熱壓整形對電芯作用超限，會影響鋰離子傳輸。卷繞電芯如圖2所示，如果極片比較脆，電芯折彎處在熱壓整形中容易發(fā)生掉粉甚至斷裂，這會導(dǎo)致電子傳輸受限，增加電池內(nèi)阻。因此，電芯熱壓整形也必須避免這種情況發(fā)生。這兩個方面要求熱壓整形壓力越小越好，時間越短越好。而另外一方面，熱壓整形又必須使電芯定型，電芯厚度滿足工藝要求，電芯彈性減小，并保證成品電芯厚度的一致性。因此，壓力，時間和溫度等工藝參數(shù)需要優(yōu)化。

近年來，動力電池對低成本、高比能電池的需求使得三元材料的市場需求快速增加，但是在消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域，鈷酸鋰材料長期以來占據(jù)鋰離子電池正極材料的絕對優(yōu)勢地位。

鈷酸鋰材料的理論容量為274mAh/g，但在實際使用中為了保持鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好的循環(huán)性能，我們一般將充電電壓限制在4.2V左右，因此鈷酸鋰的實際使用容量也就在140mAh/g左右，近年來材料廠家通過表面包覆合、元素?fù)诫s等手段提升了鈷酸鋰材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，充電電壓可以提升至4.35V，從而使得鈷酸鋰材料的可逆容量達(dá)到165mAh/g左右，但是這仍然無法滿足高比能鋰離子電池的需求。

為此，華為中央研究院聯(lián)合美國阿貢國家實驗室通過La和Al摻雜，將LiCoO2的穩(wěn)定電壓提高到了4.5V，可逆容量達(dá)到190mAh/g，其中La能夠增加LCO材料在c軸方向上的晶胞參數(shù)，Al則能夠起到促進(jìn)Li+擴散、穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)和防止LCO材料相變的作用，兩者相互作用顯著改善了LCO材料在高電壓下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，循環(huán)50次后仍然能夠保持96%的容量，并使得LCO材料的倍率性能得到了大幅提高。