18650是锂离子电池中的一种型号,是锂离子电池的开山鼻祖。
锂电池是由日本sony公司之前为了更好地节省成本而制定的一种标准的锂电池型号,我们经常所提到的18650电池实际上是以电池的大小型号来命名的锂离子电池。
常见的18650电池也被分之为锂离子电池跟磷酸铁锂电池,18650中的18指的是锂离子电池的直径是18mm,65表示的是长度值65mm,0表示属于圆柱形电池。容量为31.5ah,电压为3.6v。是一种性价比很高的电池。
锂电池的生产工艺流程较长,生产过程中涉及有 50 多道工序,任何一个环节出现失误都将影响锂离子电芯的性能或带来安全问题。
18650 锂离子电池制造工序如图:
涂布机
涂布的主要目的是将稳定性好、粘度好、流动性好的浆料,均匀地涂覆在正负极表面上。其对锂电池的重要意义主要体现在一致性、循环寿命、安全性三方面。
在涂布过程中,若极片前、中、后三段位置正负极浆料涂层厚度不一致,或者极片前后参数不一致,则容易引起电池容量过低或过高,且可能在电池循环过程中形成析锂,影响电池寿命。
涂布机是前段工序的核心设备。涂布机经历了三种结构类型的演化,依次是刮刀式、转移式、狭缝挤压式涂布。涂布机设备的技术先进程度主要考察四个方面:涂布技术,张力技术,纠偏技术,干燥技术。
涂布效率是领先企业进一步比拼技术实力的重要标准。当前领先的涂布机设备在保证上述技术的前提下,主攻提升涂布效率,主要的手段包括提升涂布机运行速度和涂布宽度,领先企业的涂布速度能达到120m/min,涂布宽幅达1400mm。
中段工序的生产目标是完成电芯的制造,主要流程有:卷绕、注液、封装,所涉及的设备主要包括:卷绕机、注液机、封装设备(入壳机、滚槽机、封口机、焊接机)等。
卷绕机
张力控制是影响卷绕机先进程度的核心技术。在整个卷绕过程中,为了保证电芯组装成的电池具有高一致性,需要尤其注意卷绕的张力控制。
对于方形锂电池的卷绕,需要保持卷绕的线速度不变,角速度需要自动调整,因此方形锂电池卷绕的张力控制对技术要求更高。当前国内领先企业能做到圆柱电池张力波动控制在5%以下,方形电池张力波动控制在10%以下。
卷绕机的自动纠偏技术和卷绕速度也比较关键。纠偏系统能保证电池卷绕过程中极片隔膜卷绕整齐,正极/负极/隔膜之间相对位置准确,目前行业通常要求卷后正负极片或隔膜的上下偏差均小于0.5mm,超过这一数值将对电池形变产生影响。
目前国内领先企业的圆柱电芯能达到18米/秒以上的高速卷绕速度,方形电芯由于需要保证线速度恒定,因此变角速度卷绕较慢,国内领先企业能达到0.8米/秒以上。
焊接机
激光焊接机是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池。
它是一种新型的焊接方式,激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等,深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,焊接速度快,焊缝平整、美观。
焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化。
后段工序主要流程有:化成、分容、检测、分选等,所涉及的设备主要包括:充放电机、检测设备等。
化成分容及检测系统是后段工序中最关键的环节。锂电池电芯的化成分容是通过充放电的方式实现电池的初使化,使电芯的活性物质激活,是一个能量转换的过程。
充放电机
充放电机是化成分容中的重点设备,也是后段使用量最多的设备。充放电机的最小工作单位是“通道”。一个通道可以为一个电芯进行充电或放电。在充放电机实际使用中,一个“单元”由一定数量(如24个、32个、64个等)的通道组合而成。
“单元”包含了若干个“通道”,是充放电机制造和安装时的最小单位,日韩企业将此单位称为BOX。从原理上说,一台充放电机可以由无数个BOX组成,国内较多采用手工操作的习惯影响下,一般一台充放电机的BOX数量并不大,一条生产线后段往往需要十几台到上百台充放电机。
原文始发于微信公众号(艾邦储能与充电):18650圆柱电池制作工艺视频及相关设备介绍