卷绕:既把激光切好后的极片,通过卷针的转动,把极片卷成一个层层包裹的卷芯状,正常包裹方式为隔膜,正极,隔膜,负极,涂胶隔膜面对着正极。一般卷针为棱形、椭圆形、圆形卷针,理论上讲,卷针越圆,卷芯贴合得越好,但圆形的卷针使得极耳翻折比较严重。在此主要考虑极耳对齐度,跑偏,断带。跑偏主要是由于极片的波浪边和卷针的水平度导致,可通过前工序的修正和设备的校正改善。卷绕过程中有CCD进行检测纠偏,检测正负极间距,正负极与隔膜间距。卷绕过后一般对应的是贴码和热压,可烘烤后再热压,增强压实效果。

锂电卷绕设备图解(锂离子电池制作--卷绕)(1)

这里我们主要提一下隔膜,隔膜是锂离子电池的重要组成部分,起着分隔正、负极,防止电池内部短路,允许电解质离子自由通过,完成电化学充放电过程的作用。其性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用,被业界称为电池的“第三电极”。

锂电卷绕设备图解(锂离子电池制作--卷绕)(2)

锂离子电池对隔膜的要求包括:

(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;

(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;

(3)耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性,这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物;

(4)具有良好的电解液的浸润性,并且吸液保湿能力强;

(5)力学稳定性高,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;

(6)空间稳定性和平整性好;

(7)热稳定性和自动关断保护性能好;

(8)受热收缩率小,否则会引起短路,引发电池热失控。

锂电卷绕设备图解(锂离子电池制作--卷绕)(3)

除此之外,动力电池通常采用复合膜,对隔膜的要求更高。锂离子电池隔膜材料可以分为:

微孔聚烯烃膜、非织造布、聚合物/ 无机复合材料和凝胶聚合物电解质膜四大类。

1 聚烯烃微孔膜成本低廉、尺寸孔径可控、具有稳定的化学稳定性、良好的机械强度和电化学稳定性,并且具有高温自关闭性能(约140℃),保证了锂离子二次电池日常使用的安全性能。商品化的锂离子电池隔膜材料主要采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜。

2无纺布又称非织造布,是由纤维进行定向或随机撑列,形成纤网结构,然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。包括天然和合成纤维材料,如纤维素及其衍生物、聚烯烃纤维、聚酰胺(PA)纤维、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。无纺布隔膜孔隙率高(60%~80%),结构呈三维孔状,可防止锂离子电池中锂枝晶的生长。无纺布基材隔膜提高透气性和改善吸液性有独特的技术优势,且制备成本较低,将成为大容量高功率锂离子电池隔膜的重要发展趋势之一。

3 无机复合膜,也称陶瓷膜,是由少量粘合剂与无机粒子形成的多孔膜,对电解质溶液具有优良的润湿性,可以保持高容量的电解液如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC),有助于延长电池的循环寿命,同时高温时具有优良的热稳定性和尺寸完整性,可提高电池的安全性能。因此,无机复合隔膜应用于锂离子电池成为人们的研究热点方向。

4 将PVDF-HFP 和有机溶剂形成凝胶,同时充当液体电解质体系中隔膜和离子电导载体的功能,具有吸液保湿性能强、电导率高、加工性能良好等优点,从此凝胶聚合物电解质膜引起了人们的广泛关注,陆续报道了聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVdF)及其共聚物、聚氧乙烯(PEO)等体系。然而这些凝胶聚合物电解质膜存在厚度过大限制电池容量,机械性能较差,缺乏聚烯烃隔膜的热关闭热性可能引发电池安全性能等不足,故而需要改良。

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