锂电池生产制造流程，凡在新能源领域的从业人员都能“信手拈来”。但是，简单的流程能表达出锂电池制造工艺技术的种种艰辛吗？下面为大家介绍主要锂电池制程管控的要点。
1、首先是对来料确认和烘烤，一般导电剂需≈120℃烘烤8h，粘结剂PVDF需≈80℃烘烤8h，活性物（LFP、NCM等）视来料状态和工艺而定是否需要烘烤干燥。当前车间要求温度:≤40℃，湿度:≤25%RH。2、干燥完成后，（湿法工艺）需要提前配好PVDF胶液（溶质PVDF，溶液NMP）。PVDF胶液好坏对电池的内阻、电性能影响至关重要。影响打胶的因素有温度、搅拌速度。温度越高胶液配出来泛黄，影响粘结性；搅拌的速度太高容易将胶液打坏，具体的转速需要看分散盘的大小而定，一般情况下分散盘线速度在10-15m/s（对设备依赖性较高）。此时要求搅拌罐需要开启循环水，温度:≤30℃.3、接下来是配正极浆料。此时需要注意加料的顺序（先加活性物和导电剂慢搅混合、再加入胶液）、加料时间、加料比例，要严格按工艺执行。其次需要严格控制设备公转和自转速度（一般分散线速度要在17m/s以上具体要看设备性能，不同厂家差别很大），搅拌的真空度、温度。在此阶段需要定期检测浆料的粒度和粘度，而粒度和粘度跟固含量、材料性能、加料顺序和制程工艺关系紧密（此次不叙述，欢迎讨论）。此时常规工艺要求温度:≤30℃，湿度:≤25%RH，真空度≤-0.085mpa。4、浆料配完后就要将浆料转出至中转罐或涂布车间，浆料转出时需要对其过筛，目的就是过滤大颗粒物、沉淀和去除铁磁性等物质。大颗粒影响涂布到最后可能导致电池自放过大或短路的风险；浆料铁磁性物质过高会导致电池自放电过大等不良。此时的工艺要求是温度:≤40℃，湿度:≤25%RH，筛网≤100目，粒度≤15um（参数仅供参考）。负极配料（负极由活性物、导电剂、粘结胶、分散剂组成）1、常规负极体系为水系混料过程（溶剂为去离子水），因此来料无需干燥要求。此过程要求去离子水导电率在≤1us/cm。车间要求温度:≤40℃，湿度:≤25%RH。工艺示意图如下
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2、来料确认完成后，首先制备胶液（CMC和水组成）。此时石墨C和导电剂倒入搅拌机进行干混，建议不抽真空，开启循环水（干混时颗粒挤压摩擦产热严重）,低速15～20rpm，间隔≈15min刮料循环2-3次。接下来将胶液倒入搅拌机中开启抽真空（≤-0.09mpa），低速15～20rpm刮料循环2次，再调整转速（低速35rpm，高速1200～1500rpm）,运行15min～60min（具体依各厂家的自身的湿法工艺而定）。最后将SBR倒入搅拌机中，建议此时快速低时搅拌（SBR属于长链高分子物，速度过高时间过长分子链易打断失去活性），建议低速35-40rpm，高速1200～1800rpm，10-20min。3、最后测粘度（2000～4000 mPa.s）、粒度（35um≤）、固含量（40-70%），抽真空过筛（≤100目）。具体的工艺值需要根据材料物性、混料工艺等影响有一定差异。车间要求温度:≤30℃，湿度:≤25%RH。1、正极涂布即将正极浆料挤压涂或喷涂在铝集流体AB面上，单面密度≈20～40 mg/cm2（NCM功率型），涂布烤箱温度常规4-8节（或更多），每节烘烤温度95℃～120℃按实际需要调整，避免烘烤开裂出现横向裂纹和滴溶剂现象。转移涂布辊速比1.1-1.2，间隙位打薄20-30um（避免拖尾导致在极耳位压实过大，电池循环过程析锂），涂布水份≤2000-3000ppm（具体要根据材料和工艺定）。车间正极温度≤30℃，湿度≤25%。示意图如下。
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2、负极涂布即将负极浆料挤压涂或喷涂在铜集流体AB面上，单面密度≈10～15 mg/cm2，涂布烤箱温度常规4-8节（或更多），每节烘烤温度80℃～105℃按实际需要调整，避免烘烤开裂出现横向裂纹。转移辊速比1.2-1.3，间隙位打薄10-15um，涂布水份≤3000ppm，车间负极温度≤30℃，湿度≤25%。1、正极涂布干燥完，需要在工艺时间内进行对辊。对辊即对极片进行压实，目前有热压和冷压两种工艺。热压压实相对冷压高，反弹率较低；但冷压工艺相对简单易操作控制。对辊主要设备到如下工艺值，压实密度、反弹率、延伸率。同时要注意极片表面无脆片、硬块、掉料、波浪边等现象且间隙处不允许断裂。此时车间环境温度:≤23℃，湿度:≤25%。压实：单位体积敷料的质量，目前常规物料的真密度数据![]()
2、正极对辊完接下来就是分条，即将整片极片分裁剪宽度一样的小条（对应电池高度），分条要注意极片的毛刺，需要全检极片的X和Y向的毛刺（借助二次元设备），纵向毛刺长度工艺Y≤1/2 H隔膜厚度。车间环境温度≤23℃露点≤-30℃。
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1、负极制片与正极同样操作，但工艺设计不同，车间环境温度:≤23℃，湿度:≤25%。常见负极物质的真密度2、负极分条与正极分条工艺类似，X和Y向毛刺都需要控制。车间环境温度≤23℃露点≤-30℃分条完毕后，需对正极片进行干燥处理（120℃），再就是焊接铝极耳和极耳包胶工艺。此时需要考虑极耳长度和整形宽度。以**650型设计为例，设计极耳外露主要考虑到正极耳要焊接盖帽和滚槽时合理配合。极耳外露过长，滚槽时易使极耳与钢壳短路；过短极耳无法焊接盖帽。极目前超声焊头有线状和点状，国内工艺较多采用线状（过流、焊强考虑）。另采用高温胶将极耳包覆，主要考虑到金属毛刺和金属碎屑造成短路风险。此车间环境温度≤23℃，露点≤-30℃，正极水份含量≤500-1000ppm。![]()
卷绕型正极耳焊接示意图
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需对负极片进行干燥处理（105-110℃），再就是焊接镍极耳和极耳包胶工艺。也需要考虑极耳长度和整形宽度。此车间环境温度≤23℃，露点≤-30℃，负极水分含量≤500-1000ppm。18650型负极耳焊接简易工艺
卷绕就是将隔膜、正极片、负极片通过卷绕机成单个卷芯。原理是采用负极包住正极，再通过隔膜将正负极片隔离。因为常规体系负极作为电池设计的控制电极，容量设计高于正极，使在化成充电时正极的Li+能在负极“空位“存放。卷绕需要特别关注卷绕张力和极片对齐度。卷绕张力小，会影响内阻和入壳率；张力过大易造成短路或断片风险。对齐度指负极、正极和隔膜的相对位置，负极宽度59.5mm，正极58mm，隔膜61mm，三者剧中对齐，避免短路风险。卷绕张力一般在正张力0.08-0.15Mpa，负张力0.08-0.15Mpa，上隔膜张力0.08-0.15Mpa，下隔膜张力0.08-0.15Mpa，具体要依据设备和工艺调整。此车间环境温度≤23℃，露点≤-30℃，水分含量≤500-1000ppm。
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卷绕极片隔膜叠放顺序示意图![]()
卷芯入壳前需要进行Hi-Pot测试电压200～500V（测试是否存在高压短路），吸尘处理（入壳前进一步控制粉尘）。这里需要强调锂电的三大控制点水分、毛刺、粉尘。前面工序完成后，将下面垫垫入卷芯底部后弯折负极耳，使极耳面正对卷芯卷针孔，最后垂直插入钢壳或铝壳（以18650型号为例，外直径≈18mm+高度≈71.5mm）。
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1、将焊针（一般是铜质或合金材质），插入卷芯中间孔。常用焊针规格在Φ2.5*1.6mm，达到负极极耳焊接强度≥12N为合格，过低容易虚焊，内阻偏大；过高容易将钢壳表面的镍层焊掉，导致焊点处生锈露液等隐患。2、滚槽简单理解就是将卷芯固定在壳体内不晃动。此工序需特别注意横向挤压速度和纵向下压速度匹配，避免横向速度过大将壳体割破，纵向速度过快槽口镍层脱落或影响槽高进行影响封口。需要检测槽深、扩口、槽高工艺值是否达标（通过实际和理论计算）。常见的滚刀规格有1.0、1.2、1.5mm。滚槽完成后需要再次对整体吸尘处理，避免金属碎屑，真空度≤-0.065Mpa，吸尘时间：1～2s。此车间环境温度≤23℃，露点≤-40℃。
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圆柱电芯经过滚槽之后，接下就是非常重要的一步：烘烤。电芯在制作过程中，会带入一定的水分，如果不及时得把水分控制在标准之内，将会严重影响电池性能的发挥和安全性能。一般采用自动真空烤箱进行烘烤，整齐放入待烘烤电芯，在烘箱里面摆好干燥剂，设置参数，加热升温至85℃（以磷酸铁锂电芯举例），需要经过几个真空干燥循环才能达到标准。几种不同尺寸电芯烘烤标准
将烘烤好的电芯进行水分测试，符合前面的烘烤标准后，才能进行下一步：注入电解液。将烘烤合格的电芯快速放入真空手套箱内，进行称重，记录重量，套上注液套杯，将设计好重量的电解液加入套杯中（一般会进行泡液实验：将电芯放入电解液中，浸泡一段时间，测试电芯最大吸液量，一般按实验量进行注液），放入真空箱中抽真空（真空度≤-0.09Mpa)，加速电解液侵润极片，进行几次循环后，取出电芯进行称重，计算注液量是不是符合设计值，少了需要进行补液，超了需要倒掉多余部分，直到符合设计要求。手套箱环境：温度≤23℃，露点≤-45℃。提前将盖帽放入手套箱中，一手将盖帽紧扣在超焊机下模具，一手拿电芯，电芯正极耳与盖帽极耳对齐，确认正极耳与盖帽极耳对齐OK后，踩下超焊机脚踏板开关。之后需要全检电芯：自检极耳焊接效果①观察极耳是否对齐②轻拉极耳，看极耳是否松开。超焊盖帽虚焊的电芯需要重新进行超焊。超焊机设备参数经验值
先进入眼帘的是投料和搅拌的工序，一共有三层楼高，顾名思义就是把电池的材料进行搅拌处理。电池的正、负极电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础，这里是由三楼的全自动投料系统投料，通过管道自动输送至搅拌设备内，制成浆料，高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。这里与众不同的地方是采用了一个2300L大容量PD 搅拌+高速分散工艺，利用高速分散，能够使匀浆时间缩短 40%。采用这么大的罐子的理由，主要是考虑工艺会有偏差，是尽可能把一炉搅拌的材料尽可能做成一致的材料，如果出了问题，这一炉材料都会报废掉，所以对于异物（特别是金属异物）的控制非常严格。在这里很重要的地方就是磁性异物吸附装置，分布在粉料 1 道+浆料 3 道（涂布机还自带1道），可通过过滤和吸附可以控制磁性异物量≤200ppb; 除磁棒磁性12000高斯，浆料系统3道除磁（高速分散后磁性17000高斯，其余12000高斯）。整个电池的制造，都和环境、异物做斗争，所以后面我们会多次反复看到这个除磁的装置。![]()
涂布是指将电池原料涂覆在电池导电基材上面的一种工艺，来生产制造锂电池正负极极片。涂布的均匀性、一致性、对齐性、烘烤稳定、粘结剂扩散性、面密度稳定性等都于此息息相关，这个工艺质量的好坏直接关系到电池质量的优劣，锂电池对水分十分敏感，微量的水分就有可能会对电池的电性能产生很大的影响。![]()
所以衡量一个电池企业的好坏，很重要的就是涂布环节的工艺，蜂巢采用双层折返式挤压涂布机，每台涂布机安装 3 套β射线面密度在线检测系统，通过这样的控制使得涂布面密度精度为±1.5%，每台涂布机也配备 2 套 A、B 面在线 CCD 涂宽检测装置，确保涂布宽度及AB面错位≤0.5mm。在除磁方面，箔材及涂布极片配备3道除磁装置，分别在A面涂布前箔材表面、B面涂布前箔材表面、B面出烘箱极片表面。磁性8000高斯。涂布机头/机尾分别安装千级小环境，控制涂布时异物。而在涂布环节比较特殊的地方在于这里的12节独立可调节温度的悬浮式干燥箱，在工艺上可以实现极片悬浮干燥传输，避免烘干过程产品接触污染，实现的办法是上下两股气流实现对冲平衡极片传输。![]()
分切：如下图所示，涂布完成后是有四个有效涂布区域，需要把极卷一分为二，上料采用 AGV 自动对接上料，分切以后通过助力臂辅助下料，这样整个分切过程中就不用人的接入实现无接触生产。分切完成以后进行辊压![]()
辊压：这道工艺目的，是在制备极片卷料压实到设计的厚度，特别是目前制备大容量电芯，极片的压实密度都不低。通过对极片卷料进行高压力滚动挤压，实现减小，永久活性物质分别与铝箔，铜箔压实，达到符合技术要求的厚度，长度，连续需分别独立辊压。从材料上使用了镀铬压辊，保证在 80m/min 辊压速度的同时也保持圆跳动在＜3μm 内。蜂巢在正极和负极方面采用了两种不同的工艺方式实现的：1）正极辊压：本工序正极采用热压工艺（80度），温控精度为±1°C，同时集成箔材 IHA（电磁脉冲加热）在线处理技术，可在箔材区域实现预延展，解决箔材留白褶皱问题 ![]()
图5正极的辊压
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在这道工序上采用了红外干燥的办法，采用一个很小的设备就可以实现快速去除极片水分。2）负极辊压：目前考虑采用这种双辊连续辊压工艺，主要是负极未来可能需要采用硅系负极，所以会考虑分两次进行连续辊压，这里特殊地方需要保证张力控制，弄不好很容易断。![]()
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二次分切：辊轧之后的产品进行进一步分切，通过在线在线缺陷检测，可以识别露箔，并对每台设备收卷前对极片进行磁棒在线除磁。![]()
模切：通过五金模切设备，将分切后的极片卷料冲片成电池实际要求的体积，在这个环节中最主要的事情是能够控制这个环节中的毛刺。叠片：叠片是制备电芯的非常重要的一道工序，通过叠片机，将多层极片和交错叠成电芯。蜂巢采用的是摇摆式叠片技术，单片叠片速度可达 0.6s，之前普遍来看叠片是整个电芯制造的瓶颈工艺步骤，所以在这个基础上二期将采用0.45S每片，三期将开发0.25s超高速叠片设备。![]()
在这部分里面，相对电芯就比较成型了，这里有很多的方壳电芯的工艺。我们把电池的电芯要装进去，形成一个“干”的电池。1.1）预热和热压 由于要对材料进行处理，这里也要拉到80度的，然后进行HI-POT绝缘检测（分别在叠片后、预焊后、一次氦检后三道工序的100%全检），这样可以剔除有问题的电芯。在检测中也使用了X-RAY 检测设备对每个极组的四个角部进行 100%对齐度检测 1.2）超声波焊和转接片激光焊接 把电芯做好以后，就需要把整体进行焊接，这里一方面考虑连接的可靠度，一方面考虑焊接过程中产生的金属焊渣的清理过程，到了这一步重点还是对于工艺金属异物产生和消除的考核非常高。总体来看，除异物以磁性棒+抽风的方式来做，这种处理方法基本贯穿整个电芯产线。![]()
1.3）顶盖激光焊工序 这部分封盖的过程，把电池的顶盖和电池进行焊接。![]()
1.4）注液工序、高压预充和二次注液 之前做的电池都是“干”的，所以在这个环节，需要从喷嘴的注液口注入封装好的电芯，形成半成品电芯。注液工艺可分为两个步骤，第一步是将电解液注入电芯内部，然后进行高压预充，让第注入的电解液吸收到电芯（浸润）。通过进一步预充完成产气的过程之后对电池称重，进行二次注液，确保电池内有足够的电解液。 2）化成 到了这里，就有一个独立的厂房，把将半成品电芯按照设定的充放电条件进行首次充放电活化。这里分为高温老化和常温老化，通过检测OCV来确保电芯的各个参数分析。由于之前电芯都不是成品，到了化成开始成为产品了，也具备了危险性，蜂巢在这里采用了全自动立体化成系统，充放电库位配置温度检测、可燃气体报警探测、库位内液体灭火系统温度监控、烟雾报警等多项安全设施，当出现意外的时候，采用分割处理，保证单个电池出现热失控也不会对整体有影响。 ![]()
最后完成所有的测试环节之后对电芯进行包膜处理，做成完整的成品电芯，如下图所示。 ![]()
来源：雪球，作者：旺材锂电![]()
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