對(duì)于大容量電池，通常有數(shù)千個(gè)電池串聯(lián)使用，每個(gè)電池單元的規(guī)格一致、性能良好、穩(wěn)定性決定了整個(gè)電池組的容量、循環(huán)壽命性能和安全性是否優(yōu)秀，因此對(duì)電池單元的一致性要求很高。

鋰離子電池組制造商需要從生產(chǎn)工藝入手，研究主要工藝及其生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電池一致性的影響。本文分析了影響鋰離子電池一致性的因素及七項(xiàng)改進(jìn)措施。

 

鋰電池不一致的缺點(diǎn)

電池性能的差異主要體現(xiàn)在電池容量、內(nèi)阻、電壓等方面。；電池組化后，在充電過程中，小容量的電池會(huì)先充滿電，大容量的電池繼續(xù)充電，這會(huì)導(dǎo)致小容量電池被過度充電；

在過充電過程中，鋰離子會(huì)在石墨負(fù)極表面析出樹枝狀鋰。長(zhǎng)期過度充電可能導(dǎo)致金屬鋰從石墨表面垂直生長(zhǎng)并刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路甚至起火爆炸；

在放電過程中，容量較小的電池會(huì)首先完全放電，但其他電池此時(shí)尚未完全放電。如果你想讓所有的電池都釋放剩余的電量，那么低容量的電池不可避免地會(huì)過度放電，長(zhǎng)期過度放電會(huì)影響整個(gè)模塊的使用壽命。

 

 

同樣，在串并聯(lián)電路中，單電池內(nèi)阻的差異也會(huì)反映出一些電池在充放電過程中充電快、發(fā)熱量大、放電速率不同的問題。最終會(huì)導(dǎo)致電池模塊的容量衰減、壽命衰減甚至安全問題。因此，有必要研究影響鋰離子電池一致性的相關(guān)因素以及相應(yīng)的改進(jìn)措施。

 

影響鋰電池一致性的主要因素

鋰離子電池的制造過程很復(fù)雜，工藝很多；這些工藝可分為三個(gè)部分：極片生產(chǎn)、電池單元生產(chǎn)和電池組裝。在了解影響鋰電池一致性的因素之前，有必要首先了解鋰離子電池的制造過程。

每一個(gè)制造過程都會(huì)對(duì)鋰電池的一致性產(chǎn)生影響。其中，攪拌、涂裝、軋制等生產(chǎn)環(huán)節(jié)難以控制，最容易產(chǎn)生偏差。成品電池的性能存在差異，這對(duì)一致性有很大影響。

 

混合

混合，包括配料和攪拌，是影響鋰電池性能的最關(guān)鍵的過程之一。由于材料的選擇、設(shè)計(jì)、加工、合理的配比和混合工藝對(duì)成品的性能至關(guān)重要，一些制造商認(rèn)為，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，它們對(duì)電池質(zhì)量的影響大于30%。

根據(jù)固體含量、活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的比例計(jì)算每種材料的實(shí)際用量，然后按去離子水、粘合劑、導(dǎo)電劑、活性材料的順序加入。在真空條件下混合和攪拌一定時(shí)間后，分散體是均勻的，沒有氣泡產(chǎn)生，并且在調(diào)節(jié)到合適的粘度后進(jìn)行涂布。

 

 

涂層

在涂層過程中：

1） 如果溫度過高，很容易導(dǎo)致極片開裂，如果溫度較低，極片不會(huì)完全干燥；

2） 表面密度小，無法達(dá)到電池的標(biāo)稱容量，循環(huán)性能差。如果表面密度高，在浪費(fèi)材料的同時(shí)，正極過多可能會(huì)形成鋰枝晶，造成安全隱患；

3） 如果涂層尺寸過小或過大，可能導(dǎo)致充電和放電過程不安全和短路；

4） 第二表面和第一表面之間的錯(cuò)位也可能導(dǎo)致負(fù)電極沒有完全包圍正電極。因此，涂層工藝的質(zhì)量和一致性對(duì)鋰電池性能的一致性有重大影響。

影響涂層質(zhì)量的因素有很多，如：涂層頭的制造精度、設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)張力的控制、干燥過程中的風(fēng)量和壓力以及溫度曲線的控制。

 

滾動(dòng)

軋制的目的是使活性材料和箔的結(jié)合更加致密和厚度均勻。碾壓密度的大小直接影響電池的性能和一致性：

1） 過大的壓實(shí)密度使顆粒之間的接觸過于緊密，電子導(dǎo)電性增強(qiáng)。但是，離子運(yùn)動(dòng)通道減少或堵塞，不利于容量發(fā)展，放電過程中極化增加，電壓下降，容量下降；

2） 壓實(shí)密度過小，顆粒間距離大，離子通道多，電解質(zhì)吸收量大，有利于離子運(yùn)動(dòng)，但由于顆粒間接觸面積小，不利于電子傳導(dǎo)，放電極化增大。

簡(jiǎn)而言之，不同壓實(shí)密度的鋰電池的初始容量、內(nèi)阻和容量循環(huán)性能完全不一致，壓實(shí)密度的微小差異將導(dǎo)致電池性能的巨大不一致。因此，軋制必須確保極片厚度均勻，以確保壓實(shí)密度一致，生產(chǎn)性能一致的鋰電池。壓實(shí)密度的控制主要通過控制碾壓厚度來實(shí)現(xiàn)。

軋制設(shè)備的質(zhì)量主要取決于空載輥隙、軋機(jī)剛度、軋制件入口厚度、軋制件變形阻力、軸承油膜厚度和軋輥偏心率等因素；此外，當(dāng)輥在軋制機(jī)中偏心時(shí)，軋制后的電極片厚度會(huì)波動(dòng)至±7μm，這將嚴(yán)重影響電池的一致性。

 

 

電池一致性改進(jìn)措施

1.生產(chǎn)工藝尺寸

控制電池各種原材料的稠度——很好地監(jiān)測(cè)漿料的流變性和粘度，不要長(zhǎng)時(shí)間離開漿料，以確保涂布時(shí)漿料的流變性能相同；做好涂層參數(shù)的監(jiān)測(cè)，尤其是磷酸鐵鋰漿料的監(jiān)測(cè)。由于磷酸鐵鋰顆粒細(xì)小，漿料的加工性能較差，因此在涂布過程中應(yīng)注意放慢涂布機(jī)的速度；

檢測(cè)磁極片的外觀，并將有缺陷的磁極片移除；稱重桿件；比較在液體注入之前和之后電池的不良質(zhì)量；注意涂料、化學(xué)成型等環(huán)節(jié)的溫濕度控制；制定各種原材料的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)和儲(chǔ)存；

對(duì)過程進(jìn)行嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC），以確保每個(gè)過程都在規(guī)定的公差范圍內(nèi)；以確保實(shí)現(xiàn)過程能力指數(shù)，從而使其遵循生產(chǎn)參數(shù)的正態(tài)分布。

 

2.工藝尺寸匹配

確保電池組使用統(tǒng)一規(guī)格型號(hào)的電池，并確保電池的質(zhì)量，特別是初始電壓的一致性。篩選條件為：電壓、內(nèi)阻和電池形成數(shù)據(jù)；一致性評(píng)價(jià)方法有很多，最常用的有區(qū)間系數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法和閾值法。

結(jié)合聚類分析，利用每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)形成的電池充放電曲線的形狀、距離和面積進(jìn)行科學(xué)分類，以確定電池的一致性?；谌萘炕螂妷洪撝担?jì)算充放電曲線的形狀、曲線之間的距離、曲線包圍的面積等，并選擇能夠反映曲線一致性的參數(shù)進(jìn)行判斷。

在充放電過程中，曲線越近，相對(duì)距離越小，曲線包圍的面積越小，組之間的差異越小，從而實(shí)現(xiàn)最佳的一致匹配。

 

3.電池電量平衡管理

從電池管理系統(tǒng)的角度，掌握電池組中單體電池不一致的發(fā)展規(guī)律，及時(shí)調(diào)整或更換極端參數(shù)的電池，確保電池組參數(shù)的不一致性不會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加；

 

 

避免對(duì)電池過度充電，并盡量防止電池深度放電。確保電池組有良好的使用環(huán)境，盡量保證溫度恒定，減少振動(dòng)，確保水、灰塵等污染電池極。同時(shí)，從能源管理和策略的角度，引入實(shí)用的電池組能源管理和均衡系統(tǒng)，制定合理的電池均衡策略，積極干預(yù)，減少電池不一致。如果你想了解BMS相關(guān)的制造商，這里有十大電池管理系統(tǒng)供應(yīng)商。

 

4.電池?zé)峁芾?/p>

電池在使用過程中，內(nèi)阻、電池布局等因素的差異會(huì)導(dǎo)致其在充放電過程中自身溫度和環(huán)境溫度的差異，從而直接導(dǎo)致其輸出性能的差異。

電池?zé)峁芾淼淖饔檬菍㈦姵亟M的工作溫度保持在電池的最佳工作溫度范圍內(nèi)，以確保電池之間溫度條件的一致性，從而確保電池工作參數(shù)的一致性。

 

5.控制策略

在能量管理方面，當(dāng)允許輸出功率時(shí)，應(yīng)將電池放電深度降至最低。鋰離子電池在深度放電條件下變得不那么穩(wěn)定，并且電池組的壽命降低。盡量防止電池深度放電，同時(shí)避免對(duì)電池過度充電。

配備均衡電路的系統(tǒng)可以防止單個(gè)電池過度充電，適當(dāng)降低充電結(jié)束電壓，并延長(zhǎng)電池組的循環(huán)壽命。

 

6.設(shè)備

通過選擇高自動(dòng)化、高精度、高穩(wěn)定性和智能化的設(shè)備，確保單個(gè)電芯的一致性，減少不同電芯之間的差異和人為因素的影響。例如：在自動(dòng)進(jìn)漿系統(tǒng)中，需要注意防止儲(chǔ)罐中的漿液分層，監(jiān)測(cè)過渡筒中的漿液液位，螺桿泵的穩(wěn)定性，以及過濾罐堵塞是否及時(shí)清理等。

 

 

選用高精度涂布頭、運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)張力控制、干燥風(fēng)量、氣壓、溫度曲線控制優(yōu)秀的涂布設(shè)備；使用X/β射線在線監(jiān)測(cè)涂層表面的密度，測(cè)量極片表面的溫度，并在線監(jiān)測(cè)流量、粘度和溫度。

 

7.其他

在日常使用和維護(hù)過程中，對(duì)測(cè)量中容量較低的電池單獨(dú)充電進(jìn)行維護(hù)，以恢復(fù)其性能；定期用小電流對(duì)電池組充電進(jìn)行維護(hù)，以促進(jìn)電池組自身的平衡和性能恢復(fù)；

在使用環(huán)境方面，為了確保電池組有一個(gè)良好的使用環(huán)境和一致的條件，這需要電池管理系統(tǒng)和車輛控制器來實(shí)現(xiàn)。

 

結(jié)論

鋰電池的一致性對(duì)電池產(chǎn)品的容量合規(guī)性、循環(huán)壽命甚至安全問題都有非常重要的影響；一致性問題受到多種因素的影響，這些因素具有傳遞性和累積性。盡管不能完全消除不一致性，

但可以從生產(chǎn)工藝尺寸、裝配工藝尺寸、電池平衡管理、熱管理、控制策略、生產(chǎn)設(shè)備等方面進(jìn)行改進(jìn)。電池生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電池產(chǎn)品制造質(zhì)量起著決定性作用。質(zhì)量要求越高、一致性要求越嚴(yán)格、電池安全性越高，生產(chǎn)設(shè)備就越重要。

主要的鋰離子生產(chǎn)商只能通過不斷的設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新來推動(dòng)電池行業(yè)的發(fā)展，這體現(xiàn)在微觀層面的設(shè)備承載技術(shù)和質(zhì)量，技術(shù)和質(zhì)量引領(lǐng)設(shè)備的方向。