由于受到當(dāng)前鋰電池原材料、制造技術(shù)的限制，單體電池?zé)o法為電動汽車提供足夠的能量，需要將鋰電池進(jìn)行串、并聯(lián)做成電池模組，再將模組組成pack進(jìn)行使用。將不等數(shù)目的鋰電池共同用于同一個pack時，pack的使用壽命和性能則遠(yuǎn)不及單體電芯的使用壽命和性能。這是因?yàn)殡姵氐脑牧?、制造工藝、設(shè)備的穩(wěn)定性、操作工的操作熟練程度不一等因素造成的。鋰電池的制造過程非常復(fù)雜，每一道操作工序的微小差別，累積起來會造成較大的成品電芯性能差異。

 

01

鋰電池性能不一致的弊端

 

電芯性能的差異主要體現(xiàn)在電芯容量、內(nèi)阻、電壓等方面。電芯成組之后在充電過程中，容量小的電芯會先充滿電，容量大的電芯還會繼續(xù)充電，這樣就造成容量小的電芯過充電。過充電的過程中，鋰離子會在石墨負(fù)極表面析出枝晶鋰，長時間的過充電可能會導(dǎo)致金屬鋰由石墨表面縱向生長刺穿隔膜，引起電芯短路甚至起火爆炸。電芯模組在放電過程中，容量小的電芯會先放完電，但是其它電芯還未放完電，如果想要放出剩余電量，容量低的電芯勢必會造成過放電。放電深度對電芯的壽命有著關(guān)鍵性的影響，如果長時間過放電則會影響到整個模組的使用壽命。同樣，在串并聯(lián)電路中，單體電芯內(nèi)阻的差異也會在充放電過程中體現(xiàn)出部分電池充電快、發(fā)熱量大、放電倍率不同等差異，最終造成電芯模組的容量衰減、壽命衰減。

 

 

 

02

影響鋰電池一致性因素之制漿

 

電芯性能不一致性的原因有很多，極片的制造絕對算是主要原因之一。制片工藝主要包括混料制漿、極片涂布、極片輥壓、極片分切、極片沖切等工序，可謂是影響電芯性能的關(guān)鍵工序。混料制漿是制片過程中第一道工序，鋰電工藝員認(rèn)為混料制漿效果對電芯的品質(zhì)影響程度大于30%。鋰電漿料的一致性對后續(xù)的涂布、輥壓和極片的一致性有著重要影響，表征鋰電漿料性質(zhì)的因素主要有漿料流動性（是否適合涂布）、漿料沉降性（沉降快慢、漿料穩(wěn)定時間）、漿料的均一性（粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑是否分散均勻）、粘度穩(wěn)定性（是否能在涂布完成之前保證漿料粘度穩(wěn)定）固含量（固含量影響的是涂布效率、生產(chǎn)成本以及極片的質(zhì)量）、漿料的粒度（刮板粒度儀測試，一般要求小于25μm，過大不利于漿料涂布，可能會造成刮箔，一般需要過濾處理）。

 

影響鋰電漿料一致性的因素主要有攪拌工藝、攪拌設(shè)備、原材料差異、環(huán)境控制、操作工人熟練程度。在這里先不講操作工人的熟練程度，這個可以通過培訓(xùn)、實(shí)操等提升，完成之后對漿料性質(zhì)沒有太大的波動。以上提到的影響因素中，都是相互關(guān)聯(lián)的。混料制漿工藝因公司而異，目前主流攪拌工藝主要有兩種，一種是濕法攪拌工藝，一種是干法攪拌工藝。兩種工藝的區(qū)別見：無論采用哪種工藝體系，關(guān)鍵是把握該種工藝在制漿過程中的適應(yīng)性。攪拌工藝的變量是攪拌速度（包括混料速度、分散速度）、攪拌時間（同樣對于各步驟時間）、漿料溫度控制、加料的順序等。攪拌工藝的變動對漿料一致性肯定會產(chǎn)生差異，在攪拌工藝成熟不變的情況下，影響漿料一致性的原因可能來源于設(shè)備、原材料及環(huán)境控制。

 

目前各大鋰電池廠家采用的混料制漿設(shè)備主要是行星式混料機(jī)，此外還有部分雙螺桿擠出機(jī)。根據(jù)相關(guān)政策，政府對鋰電廠的產(chǎn)品產(chǎn)能有一定的要求，需要采用大容積的攪拌機(jī)。然鵝，攪拌機(jī)的容積不能無限擴(kuò)大，擴(kuò)充產(chǎn)能只能通過增加攪拌機(jī)數(shù)量來解決。攪拌機(jī)數(shù)量增多，必然帶來設(shè)備的差異性。攪拌機(jī)之間的差異性主要在于設(shè)備廠家（采購批次不同）、攪拌容積、攪拌功率、攪拌速度等，即使在保證攪拌線速度一致的情況下，也難免有攪拌掉轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。攪拌軸及攪拌半徑的不同，在攪拌過程中與材料的接觸面積也不同，攪拌機(jī)對材料的輸出功自然不同，微觀上則表現(xiàn)為原材料顆粒間受到的剪切力不同。即，雖然看著攪拌線速度一致，但是攪拌效果不同，漿料分散程度略不同，表現(xiàn)出來則是漿料的分散性、細(xì)度和粘度的變化。為了保證鋰電漿料的一致性，目前有的廠家會在不同攪拌機(jī)制漿完成之后，在同一個攪拌容器中進(jìn)行二次攪拌以提高漿料的一致性。雙螺桿擠出機(jī)原先是用于橡膠混煉的領(lǐng)域，近些年跨界進(jìn)入鋰電池漿料制漿領(lǐng)域，可謂是攪拌領(lǐng)域的一條鲇魚。雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)勢在于漿料一致性好、出料連續(xù)性好，對于鋰電池的量產(chǎn)大大有利，但是為什么遲遲沒有打開鋰電池制漿市場呢？究其原因還是存在一些不足的，其劣勢先不表。

 

 

03

影響鋰電池一致性因素之涂布

 

 

鋰電原材料的關(guān)鍵物理化學(xué)性質(zhì)主要有晶體結(jié)構(gòu)、晶相純度、晶體尺寸、顆粒形貌、表面積、陽離子混排、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)、充放電過程中的結(jié)構(gòu)變化等。其中，影響漿料一致性的主要有原材料的成分組成、表面pH值、結(jié)構(gòu)（包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等）、材料粒度、比表面積、振實(shí)密度、漿料原材料的配比組成等。在原材料配比、成分不變的情況下，主要考慮來料性質(zhì)的一致性，例如pH值波動、吸水率、水分含量不同、粒度分布等，在來料性質(zhì)出現(xiàn)微小波動的情況下要持續(xù)跟進(jìn)，根據(jù)情況做出工藝調(diào)整。此外，還有混料制漿的環(huán)境控制，例如溫度、濕度等要保持均一性。

 

涂布工序分為三個板塊，一是漿料上料系統(tǒng)，二是涂布系統(tǒng)，三是極片烘干系統(tǒng)。三位一體，需要每個系統(tǒng)都能維持穩(wěn)定，才能保證極片的一致性。

 

漿料上料系統(tǒng)是將攪拌完成后的漿料轉(zhuǎn)移到儲料罐后，通過隔膜泵轉(zhuǎn)移到過渡缸中，然后利用螺桿泵將漿料穩(wěn)定輸出通過過濾裝置、除鐵裝置輸送給涂布設(shè)備進(jìn)行涂布。在漿料自動上料系統(tǒng)中需要注意的幾個點(diǎn)是：防止儲料罐中漿料的分層、過渡缸中漿料液位、螺桿泵的穩(wěn)定性、過濾罐的堵塞要及時清理等。下圖是某種自動上料系統(tǒng)的示意圖。

 

 

 

 

鋰電池漿料的涂布方式主要有逗號刮刀式、轉(zhuǎn)移式、狹縫擠壓式涂布。三種涂布方式各有其特點(diǎn)，刮刀式主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室條件下，轉(zhuǎn)移式涂布主要應(yīng)用于3C電池的生產(chǎn)，狹縫式擠壓涂布主要應(yīng)用于動力電池。表征極片穩(wěn)定性的參數(shù)主要是極片面密度、極片厚度以及粘結(jié)性。在涂布系統(tǒng)中，影響極片一致性的因素主要有涂布頭制造精度、螺桿泵輸送漿料穩(wěn)定性、壓縮氣體穩(wěn)定性、速度穩(wěn)定性以及動態(tài)張力的控制等。

 

 

刮刀式

 

 

轉(zhuǎn)移式

 

狹縫擠壓式

 

極片烘干系統(tǒng)主要由數(shù)節(jié)不同溫度分布的烘箱組成，目的是烘干極片。在烘干系統(tǒng)中需要注意的是烘干溫度的設(shè)置，涂布過程中如果溫度過高容易導(dǎo)致極片龜裂，溫度低則極片不能完全干燥，都會造成電池局部極化不一致。此外還要注意防止粘結(jié)劑上浮的問題。

 

在涂布工序經(jīng)常出現(xiàn)的問題是頭厚尾薄、雙側(cè)厚邊、點(diǎn)狀暗斑、表面粗糙、露箔等缺陷。頭尾厚度可以通過涂布閥或間歇閥的開關(guān)時間來調(diào)整，厚邊問題可以從漿料性質(zhì)、涂布間隙調(diào)整、漿料流速等方面改善，表面粗糙不平整有條紋等可以通過穩(wěn)定箔材、降低速度、調(diào)整風(fēng)刀角度等改善。