鋁殼方型鋰離子電池厚度分析2020年12月yang鋁殼方型鋰離子電池厚度分析2020年12月yang1目錄概況水分對電池厚度影響

極組及電池轉(zhuǎn)序時間控制

水分測試極組熱壓不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度預(yù)充電電流極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力注液量對電池厚度影響異常使用對厚度影響厚度不良電池分析目錄概況2概況方型電池一般使用金屬鋁作為電池殼體，殼體厚度在0.2-0.3mm之間，由于鋁材質(zhì)較軟，電池在充放電過程及由于產(chǎn)氣等原因?qū)е聝?nèi)部壓力增加時，電池厚度極易發(fā)生變化，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致電池鼓脹，極端情況下電池防爆閥打開導(dǎo)致電池漏液造成安全事故，因此對導(dǎo)致電池厚度問題的相關(guān)因素進行分析，知其所以然，對改善電池厚度性能，具有重要的意義。主要針對極組及電池轉(zhuǎn)序時間控制、水分測試、極組熱壓、不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度、極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力、預(yù)充電電流、厚度不良電池分析等幾個不同角度進行了分析研究。概況方型電池一般使用金屬鋁作為電池殼體，殼體厚3水分對電池厚度影響在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，水分對電池性能有重要的影響，電池內(nèi)部水分含量超標(biāo)會導(dǎo)致電池容量、內(nèi)阻、厚度、循環(huán)等性能劣化，水分對性能影響的機理為1、水促進鋰鹽分解，導(dǎo)致容量損失，同時分解產(chǎn)生的HF對電池負(fù)極SEI膜有腐蝕作用2、水在負(fù)極分解產(chǎn)氣氣體2H2O+2eH2+OH-Li++OH-LiOH產(chǎn)氣反應(yīng)電池中水分的來源主要有：極片、隔膜、電解液本身存在的水分及在生產(chǎn)過程中從環(huán)境中吸收的水分，因此為控制電池內(nèi)整體水分含量需要對原材料、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)環(huán)境、電池制造工藝等進行嚴(yán)格控制，首先從電池內(nèi)部水分控制的角度進行分析，主要包括轉(zhuǎn)序時間、烘干、環(huán)境濕度三個方面。

LiPF6LiF+PF5PF5+H2OHF+POF3鋰鹽分解

HF+LiCO3H2O+

CO2

+LiFHF與SEI膜主要成分反應(yīng)生成

導(dǎo)電性差的LiF增加內(nèi)阻

水分對電池厚度影響在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，水分4水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間方型電池主要生產(chǎn)工序混漿涂覆碾壓剪切極片烘干極組卷繞裝配周邊焊電池烘干注液預(yù)充電

封球清洗化成、分容本次課題主要研究的轉(zhuǎn)序過程為極組卷繞到電池烘干，因為這幾道工序均在非干燥環(huán)境下完成，因此對電池內(nèi)水分含量影響較大水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間混漿涂覆碾壓剪切極片烘干極組卷5一、轉(zhuǎn)序時間實驗方案一批極組分為3組，每組500只，每組依次增加卷繞-裝配、裝配-周邊焊、周邊焊-電池烘干周轉(zhuǎn)時間，同時在每個周轉(zhuǎn)過程中分別測試3只烘前及3只烘后電池內(nèi)部水分含量（隔膜+正極+負(fù)極）實驗前首先測試3只未經(jīng)放置的極組水分含量作為參考其均值為302；對比三組電池分選后厚度。水分對電池厚度影響轉(zhuǎn)序過程時間定義第一組第二組第三組卷繞-裝配T18h24h48h裝配-周邊焊T28h24h48h周邊焊-電池烘干T38h24h48h實驗結(jié)果組別取樣時間烘前（ppm）烘后（ppm）123123第一組T1459486472235259231T2501511498241253246T3532529516243254256第二組T1621601597271254243T2668669658282293275T3725709711321314311第三組T1785804832359385391T2865871867402415422T3904911915421426419一、轉(zhuǎn)序時間水分對電池厚度影響轉(zhuǎn)序過程時間定義第一組第二組第6水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間實驗數(shù)據(jù)分析電池水分測試數(shù)據(jù)分析表1電池水分測試數(shù)據(jù)分析表2水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間電池水分測試數(shù)據(jù)分析表17水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間實驗結(jié)論由數(shù)據(jù)分析對比可以得出以下幾點結(jié)論電池內(nèi)部水分含量隨周轉(zhuǎn)時間延長而增加電池從環(huán)境吸收水分主要發(fā)生在T1過程，因為此時極組未入殼暴露在空氣中極易吸收水分，T2、T3階段電池已經(jīng)入殼僅通過注液孔與外界先連，吸收水分相對困難電池水分吸收到一定程度后在現(xiàn)有烘干參數(shù)下，不能將水分烘出到正常水平水分含量越高電池分選后厚度均值越大且散布也越大水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間8水分對電池厚度影響二、水分測試實驗卡爾費休水分測試原理

電池內(nèi)部正極片、負(fù)極片、隔膜水分含量一般是在ppm級別，因此一般使用卡爾費休法對其水分含量進行測量，水分測試原理為一種電化學(xué)反應(yīng)，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應(yīng)，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應(yīng)不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生的碘同電解時耗用的電量成正比例關(guān)系的，其反應(yīng)如下：

H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3碘與水消耗物質(zhì)的量相同，則測試樣品中水分含量計算式為：Q：反應(yīng)消耗電量m：樣品中水分重量96485：1mol電子電量18：H2O分子量

Q2*96485=m18樣品水分含量（ppm）=m*106M=18*Q*1062*96485*M卡爾費休水分測試儀水分對電池厚度影響二、水分測試實驗H2O+I2+SO2+3C9二、水分測試實驗1、吸水性試驗延長烘干時間盡量將電池內(nèi)部水分烘出，首先測試烘干后正極、負(fù)極、隔膜初始水分含量，然后將正極片、負(fù)極片、隔膜放置在相對濕度為25%的環(huán)境中，每小時測試一次水分含量（測試電池體系正極：LiCoO2

隔膜：9+3陶瓷負(fù)極：MCMB）

水分對電池厚度影響

水分含量0h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h正極片95142187204214220226235243255263負(fù)極片159261304367459524536542553562568隔膜201359489612658679686695702714720測試結(jié)果1、吸水性難易程度依次為：隔膜＞負(fù)極＞正極隔膜有陶瓷涂層其主要成分為Al2O3

吸水性最強，負(fù)極為水性體系正極為油性體系負(fù)極吸水性強于正極2、三種材料吸水主要發(fā)生在前4個小時，隨著時間的延長吸水量逐漸趨于飽和二、水分測試實驗水分對電池厚度影響水分含量0h1h2h3h10水分對電池厚度影響二、水分測試實驗2、水分烘干實驗將實驗1中已經(jīng)充分吸水的正極片、負(fù)極片、隔膜在相同的烘干參數(shù)下進行烘干（90℃、12h、-95KPa）測試烘干完成后水分含量相同的烘干參數(shù)下，殘留水分依次為：隔膜＞負(fù)極＞正極

二、水分測試實驗3、不同水分含量電池循環(huán)后厚度在極組厚度、注液量、卷繞張力、預(yù)充電流等條件均相同的情況下，分3組每組10只，分別在不同濕度條件下將極組放置2h，使電池內(nèi)部水分含量不同，此3組電池做0.5C充放循環(huán)100次對比電池厚度差異。隨著電池內(nèi)部水分含量的增加，電池分容后及100次循環(huán)后的厚度均增加，且增加的幅度也變大。

環(huán)境濕度電池水分第1組2%205第2組15%389第3組35%563水分對電池厚度影響二、水分測試實驗二、水分測試實驗環(huán)境濕度11極組熱壓方型電池極組入殼之前需要對極組進行熱壓處理，主要目的為：1、控制極組厚度在目標(biāo)范圍內(nèi)，降低極組入殼阻力，避免極組在入殼過程造成損傷，保證電池安全2、極組整形，保證極組的平整性，降低極組充放電過程形變引起的厚度問題3、使電池正極、隔膜、負(fù)極接觸更為緊密，降低內(nèi)阻，避免由于接觸不良導(dǎo)致的析鋰、死區(qū)等問題極組熱壓涉及相關(guān)參數(shù)有1、熱壓時間------效率相關(guān)2、熱壓溫度------電池性能、安全相關(guān)（溫度過高隔膜收縮、閉孔）3、熱壓壓力------電池性能、安全相關(guān)（壓力過大造成隔膜微觀變形、閉孔）基于極組熱壓的目的及參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可能會引起的電池性能及安全問題，對極組熱壓過程要投入足夠的重視，需要科學(xué)的設(shè)定各相關(guān)參數(shù)的最佳范圍以及確定三個參數(shù)對極組熱壓效果的影響程度。極組熱壓方型電池極組入殼之前需要對極組進行熱壓處理，主要目的12極組熱壓極組型號：**********實驗設(shè)備：半自動熱壓機、極組測厚儀實驗參數(shù)：熱壓時間、熱壓溫度、熱壓壓力實驗?zāi)康模和ㄟ^DOE方式確定三個參數(shù)對極組熱壓效果影響程度排序熱壓機熱壓板極組熱壓極組型號：**********熱壓機熱壓板13Gagename測厚儀measureobject極組厚度

%GR&R值18.01%P/T值6.46NDC7

conclusion%GR&R＜20、%P/T＜20，NDC＞5

OK

極組熱壓極組測厚儀測量系統(tǒng)分析為確保實驗過程所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實驗開始前對所有測量儀器進行GageR&R

Gagename測厚儀measureobject極組厚度14極組熱壓極組熱壓DOE1、參數(shù)水平設(shè)定

參數(shù)高低溫度（℃）10050壓力（MPa）0.650.35時間（S）60302、實驗方案全因子，兩水平，2個中心點，仿行數(shù)0

標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間5111500.35607211500.656083111000.656010401750.54525111000.35309601750.5451711500.353068111000.356049111000.653031011500.65303、實驗過程

實驗共計10組，每組4只極組共需極組40只將40只極組編號，測試每只極組熱壓前厚度值依實驗方案標(biāo)準(zhǔn)序，進行10組實驗，記錄每只極組進行的實驗組數(shù)及實驗后極組厚度計算每只極組熱壓前后厚度變化值ΔH計算每組實驗4只極組ΔH平均值實驗結(jié)果分析極組熱壓極組熱壓DOE參數(shù)高低溫度（℃）10050壓力（M15極組熱壓4、實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間ΔH均值5111500.35600.16257211500.65600.19583111000.65600.222510401750.5450.1625111000.35300.169601750.5450.181711500.35300.157568111000.35600.21549111000.65300.231011500.65300.185a、全部因子及其交互作用

b、刪除部分不顯著因子1極組熱壓4、實驗結(jié)果分析標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間Δ16極組熱壓c、刪除部分不顯著因子2三種情況主要參數(shù)對比對比可以發(fā)現(xiàn)在刪除不顯著因子1的情況下，S值最小，

R-SQ雖不是最大但是R值差異最小因此在此種情況下整體擬合情況最優(yōu)

SR-SQR-SQ（調(diào)整）R差異全部因子及交互0.01496.12%65.07%31.05%刪除不顯著因子10.01190.49%78.61%11.88%刪除不顯著因子20.01481.02%65.83%15.19%效應(yīng)圖結(jié)論：1、壓力、溫度、時間均為影響極組熱壓的顯著因素且均為正相關(guān)關(guān)系2、三者對熱壓效果的影響程度有強到弱依次為壓力、溫度、時間3、在調(diào)整極組熱壓參數(shù)時應(yīng)優(yōu)先對壓力進行調(diào)整極組熱壓c、刪除部分不顯著因子2三種情況主要參數(shù)對比SR-17不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度正負(fù)極片厚度會隨著電池充放電進行而膨脹和收縮，正極片在鋰離子脫出后厚度變大，負(fù)極片在鋰離子嵌入后厚度變大，文獻資料表明正極體積膨脹在4%左右(鐵鋰正極在充電過程中體積會收縮滿電態(tài)收縮7%左右，三元正極充電體積膨脹高于鈷鋰且隨著鎳含量增加體積膨脹增加），負(fù)極體積膨脹在10%左右（碳負(fù)極），厚度變化主要由負(fù)極體積膨脹導(dǎo)致；負(fù)極材料的不同充放電過程中體積膨脹不同。目前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化使用的負(fù)極材料主要分為碳材料和非碳材料（解決正負(fù)極材料充電過程中體積變化的方法有摻雜、納米化、包覆，粘結(jié)劑優(yōu)化等方法）負(fù)極材料碳材料鈦酸鋰硅負(fù)極硬碳人工石墨天然石墨非碳材料軟碳石墨無定型碳負(fù)極材料非嵌鋰態(tài)碳層間距嵌鋰態(tài)碳層間距體積膨脹人工石墨0.335nm0.371nm10%-12%天然石墨0.335nm軟碳0.34-0.35nm8%-10%硬碳0.38nm基本無變化硅負(fù)極NA

NA300%鈦酸鋰NA

NA基本無變化本次實驗主要對正負(fù)極片及電池在不同SOC狀態(tài)下厚度變化做實際測量實驗電池體系（正極：LiCoO2

隔膜：9+3陶瓷負(fù)極：MCMB）不同負(fù)極體積膨脹情況不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度正負(fù)極片厚度會隨著18不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下極片厚度實驗安排測試正負(fù)極片初始厚度值，相同正負(fù)極批號電池分別測試注液后（未充電）、預(yù)充電后（3.6V）、3.8V、4.2V狀態(tài)下正負(fù)極片厚度

正極片厚度/μm正極片膨脹率負(fù)極片厚度/μm負(fù)極片膨脹率極片118.30%138.30%注液后120.82.07%142.73.13%預(yù)充后121.22.44%155.912.69%3.8V124.95.54%165.119.36%4.2V126.77.14%169.522.57%實驗結(jié)果實際測量發(fā)現(xiàn)，此電池體系下正極厚度最大膨脹率為7.14%負(fù)極為22.57%，負(fù)極厚度膨脹是電池厚度變化的主要原因；二者實際厚度膨脹率均比理論計算要大因為實際過程中引起電極體積變化的因素除了鋰離子的嵌入脫出還包括電解液的吸收、活性物質(zhì)顆粒之間體積變化；此種情況下粘結(jié)劑的種類和用量對負(fù)極膨脹率會有顯著的影響。不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下極片厚度正極片19不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下電池厚度實驗安排兩個型號（4.4V鈷鋰體系），同批次，每個型號10只，先將電池恒流放電至3.0V，測量電池厚度，然后分別將電池恒流恒壓充電至3.5、3.75、4、4.4V狀態(tài)，測量每種狀態(tài)電池厚度實驗結(jié)果不同SOC電池厚度電池厚度在3.75V以下基本保持不變，3.75V以上隨電壓的升高厚度增加，對比之前極片厚度測試的數(shù)據(jù)在3.6V時負(fù)極片的厚度膨脹已經(jīng)達到了12.69%但是此時正負(fù)極片厚度的變化并沒有在電池厚度上體現(xiàn)出來原因為1、電池為鋁殼有一定的機械強度2、電池設(shè)計時極組厚度與電池殼內(nèi)腔厚度比值稱為入殼比，其值一般在90%-95%之間，電池內(nèi)部厚度方向有一定的空間。不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下電池厚度不同SO20預(yù)充電電流電池第一次充電時會在負(fù)極形成SEI膜，此膜形成質(zhì)量的優(yōu)劣會對電池性能產(chǎn)生極其重要的影響，對電池厚度也會有重要影響尤其是循環(huán)后厚度。SEI膜形成機理為:在負(fù)極達到一定電位后（0.7V/vsli+/li）電解液溶劑在負(fù)極表面得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成烷基碳酸鋰、Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等物質(zhì)，同時生成甲烷、乙烷、乙烯、氫氣、CO2等大量氣體，因此方型電池采取的是開口預(yù)充電的模式；影響SEI形成的因素有：溫度、電流密度、電液組成、負(fù)極種類及狀態(tài)等，本次實驗主要考察在不同預(yù)充電電流條件下生產(chǎn)的電池循環(huán)后厚度方面的差異。電流密度對SEI形成影響體現(xiàn)為：1、電液中各種離子擴散速度不同，在不同的電流密度下進行電化學(xué)反應(yīng)的主體不同，膜的組成不同2、電流密度大小是電化學(xué)反應(yīng)進行快慢的量度，電流密度大反應(yīng)進行快，極化大，難以形成致密的SEI膜，反之則可以形成致密的SEI膜EC+eEC?

CO32-

+2Li+

Li2CO3EC+2eCH2=CH2

+CO32-2EC?

+2Li+CH2=CH2

+（CH2OCO2Li）2

單電子反應(yīng)雙電子反應(yīng)預(yù)充電電流電池第一次充電時會在負(fù)極形成SEI21預(yù)充電電流實驗安排相同極片批號，相同卷繞批次電池分為3組，每組10只，在其他條件完全相同的情況下每組使用不同的預(yù)充電電流，完成后電池進行0.5C/0.5C100次循環(huán)，循環(huán)完成后對比電池厚度

預(yù)充電流時間第1組0.1C120min第2組0.2C60min第3組0.3C40min預(yù)充電電流越大，電池循環(huán)后厚度越大，原因為預(yù)充電電流大形成的SEI膜致密程度低，在循環(huán)過程中負(fù)極體積變化導(dǎo)致SEI膜破損，活性物質(zhì)新的表面與電液接觸形成新膜，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致電池厚度增加。預(yù)充電電流實驗安排預(yù)充電流時間第1組0.1C120min第22極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)按照正負(fù)極耳的位置劃分，極組可分為in-in、in-out、out-out結(jié)構(gòu)，目前方型電池采用in-out結(jié)構(gòu)，軟包電池采用in-in結(jié)構(gòu)，無論采用何種結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時都需要將極組厚度方向的均勻性作為一個重要考量，因為電池在循環(huán)過程中正負(fù)極體積在不斷發(fā)生膨脹與收縮，如果極組在厚度方向設(shè)計不均衡，不同位置厚度差異過大，則在循環(huán)過程中會造成極組變形嚴(yán)重，影響電池厚度。卷繞張力極組卷繞成型過程中，卷繞張力的控制至關(guān)重要，張力控制不當(dāng)，同樣會造成極組在充放電過程中的變形，影響電池厚度。極組變形極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)極組變形23極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)-極組厚度控制極組厚度控制方法主要有1、控制插入相對位置2、通過粘貼膠帶的方法使極組在厚度方向達到盡量平衡3、要求各位置厚度差異小于0.1mm某型號極組厚度計算備注：此圖及表格引用公司報告極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)-極組厚度控制極組厚度控制方法主要24極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力卷繞張力由于極組圈數(shù)較多，目前方型型號卷繞圈數(shù)基本都在10圈以上，卷繞圈數(shù)多，為保證極組各圈張力均勻性，多采用變張力卷繞。正負(fù)極片張力參數(shù)，需根據(jù)型號，采用DOE實驗確定。變張力設(shè)定極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力卷繞張力變張力設(shè)定25注液量對電池厚度影響注液量對電池厚度的影響分為兩個方面1、注液量多對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響1、注液量多對電池厚度影響

方型電池采用二次注液，注液前后稱重檢測液量是否合格，低于規(guī)格值則補液，以某型號為例，因為需要補液電池比例較高因此采取分檔補液，此時會造成某些電池液量超出上限對此型號厚度超標(biāo)電池進行分析時發(fā)現(xiàn)，其重量均高于厚度正常電池。1.82g電池殼寬(cm)5.61電池殼高(cm)7.77電解液重量(g)1.82電解液密度（g/cm3)1.25電解液體積cm31.456電解液在電池內(nèi)部厚度(mm)0.3340239注液量超出規(guī)格值導(dǎo)致電池變厚，計算值與電池實際超厚值差異不大，計算值稍大因為部分多余電液仍可被電池內(nèi)部空間填充。注液過多，電池循環(huán)過程產(chǎn)氣多，同樣影響電池厚度；液量過多對電池高溫安全性能同樣產(chǎn)生不利影響0.27注液量對電池厚度影響注液量對電池厚度的影響分為26注液量對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響

注液量少對電池厚度的影響主要體現(xiàn)在電池循環(huán)過程中，因為在預(yù)充電及化成充電時基本使用小電流，小電流情況下，電池內(nèi)部極化小，產(chǎn)熱量不大，對電池厚度影響不大；在循環(huán)使用過程中，電池充電電流較大，電池注液量低，導(dǎo)致局部電流密度較大，內(nèi)阻大，電池內(nèi)部溫度高，導(dǎo)致電液分解產(chǎn)氣，影響厚度。實驗驗證3組，每組5只，注液量依次降低，安排1C/0.5C100次循環(huán)

注液量標(biāo)準(zhǔn)液量第1組6g6.4±0.2g第2組5.5g第3組5g實驗結(jié)果顯示循環(huán)前電池厚度無明顯差異，循環(huán)后液量越少，厚度越大注液量對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響注液量標(biāo)準(zhǔn)液27異常使用對厚度影響在電池使用過程中，過充、高溫、短路等異常情況均會使電池內(nèi)部產(chǎn)氣，造成電池厚度不良，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)安全問題項目失效機理過充1、正極材料過度氧化釋放氧氣2、電解液被氧化釋放氣體3、過量的鋰在負(fù)極析出，與電液反應(yīng)產(chǎn)氣4、電池內(nèi)部溫度升高導(dǎo)致SEI膜、電液、正極、負(fù)極、粘結(jié)劑等發(fā)生分解或相互反應(yīng)高溫1、電解液溶劑的組成一般為EC、DMC、DEC等成分，在高溫情況下電液溶劑會揮發(fā)，是電池內(nèi)部飽和蒸氣壓增加，電池鼓脹，此種情況產(chǎn)氣在溫度降低后鼓脹嚴(yán)重程度會降低甚至消除2、高溫下SEI膜會首先分解產(chǎn)氣，分解后負(fù)極形成新膜產(chǎn)氣短路發(fā)生短路時電池內(nèi)部瞬間產(chǎn)生大電流，產(chǎn)熱速度快，電池內(nèi)部溫度瞬間升高，引發(fā)SEI分解，電液揮發(fā)、分解，正負(fù)極材料中活性物質(zhì)及粘結(jié)劑導(dǎo)電劑等的分解及與電解液之間的反應(yīng)異常使用對厚度影響在電池使用過程中，過充、高28厚度不良電池分析依照前面對方型電池厚度影響因素的分析，建立厚度不良電池分析流程，大體分為數(shù)據(jù)追溯分析、不良電池分析、總結(jié)并提出改善三大部分?jǐn)?shù)據(jù)追溯分析總結(jié)并提出改善不良電池分析1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

厚度不良率連續(xù)批次性不良o(jì)r個例

不良電池厚度測試數(shù)據(jù)2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)追溯極片厚度環(huán)境濕度、電池烘干、轉(zhuǎn)序時間水分測試、電池重量極組厚度預(yù)充電流卷繞張力3、不良電池性能數(shù)據(jù)電壓、容量、內(nèi)阻壓降

充放電數(shù)據(jù)

1、氣體分析2、電化學(xué)交流阻抗3、解剖分析電池厚度極組厚度極片厚度隔膜厚度極片狀態(tài)在過程數(shù)據(jù)分析及不良電池分析的基礎(chǔ)上得出導(dǎo)致電池厚度不良的根本原因并提出改善措施厚度不良電池分析依照前面對方型電池厚度影響因素的29厚度不良電池分析在本次報告中，對厚度不良電池的分析中第一部分的數(shù)據(jù)追溯分析不能做到全部展現(xiàn)，因為數(shù)據(jù)量較大，只對其中幾點數(shù)據(jù)分析進行說明。以方型某型號厚度不良為例取同批次10只電池5只厚度不良、5只厚度良品（樣品選取原則：極限取樣即選取厚度最厚和厚度最薄的樣品進行對比易于發(fā)現(xiàn)差異）

10只電池相關(guān)數(shù)據(jù)編號電池厚度電壓內(nèi)阻重量放電容量最厚點位置厚度不良描述15.373.79544.524.081589中間NA25.363.79644.424.051585中間35.373.79644.224.011584中間45.393.79645.224.21584中間55.353.79844.523.971564中間65.693.79847.424.181582中間電池為氣鼓，按壓電池中間位置可以明顯感覺到電池內(nèi)部氣體壓力75.63.79645.223.961585中間85.643.79945.724.121577中間95.783.7944724.161588中間105.783.79846.724.241577中間厚度不良電池分析在本次報告中，對厚度不良電池30厚度不良電池分析取1只厚度正常與1只厚度異常電池做充放電曲線對比電池數(shù)據(jù)得出結(jié)論1、厚度不良電池電壓、重量與正常電池?zé)o差異，容量稍低，內(nèi)阻偏大2、導(dǎo)致電池厚度不良的原因為產(chǎn)氣3、電池未有過充現(xiàn)象4、厚度不良電池充電平臺高放電平臺低為內(nèi)阻大極化大導(dǎo)致厚度不良電池分析取1只厚度正常與1只厚度異常電池做充放電曲31厚度不良電池分析氣體分析取1只厚度正常與1只厚度不良電池做氣體成分分析氣體分析結(jié)果顯示，厚度不良電池與正常電池氣體成分主要差異為H2含量超高，H2的來源主要為電池中水分在負(fù)極的還原2H2O+2eH2+OH-

；正常電池與不良電池均有氫氣存在說明電池內(nèi)部水分含量程度不同而已。正常電池厚度不良電池厚度不良電池分析氣體分析氣體分析結(jié)果顯示，厚度不良電池與正常32厚度不良電池分析電化學(xué)交流阻抗測試厚度正常與厚度不良電池各1只做EIS測試，掃描頻率范圍0.03-100000Hz結(jié)果顯示1、厚度不良電池歐姆阻抗明顯高于厚度良品電池2、厚度不良電池電化學(xué)反應(yīng)阻抗稍高于厚度良品電池厚度不良電池分析電化學(xué)交流阻抗測試結(jié)果顯示33厚度不良電池分析解剖分析取厚度良品與厚度不良品進行解剖分析，測試極組、極片、隔膜厚度，觀察極片狀態(tài)編號電池厚度極組厚度正極片厚度負(fù)極片厚度隔膜厚度15.375.0212716411.525.364.9812716311.335.375.0112716411.245.395.0912616411.155.355.0412716211.165.695.1612918111.275.65.3113017211.285.645.3612817611.395.785.2712817411.2105.785.2712919111.3厚度NG電池極組厚度、負(fù)極片厚度均明顯大于厚度OK電池，兩者正極片厚度差異不大，厚度NG電池正極片厚度稍厚，導(dǎo)致電池厚度異常的原因之一為負(fù)極片厚度厚負(fù)極片厚度厚的原因（懷疑1、粘結(jié)劑2、氣體。。。？？）厚度不良電池分析解剖分析編號電池厚度極組厚度正極片厚度負(fù)極片34厚度不良電池分析極片狀態(tài)析鋰負(fù)極片褶皺隔膜對應(yīng)位置析鋰充電過程中負(fù)極片厚度變化以及極組卷繞張力導(dǎo)致極組變形，極組內(nèi)部部分位置正負(fù)極片間距增加，鋰離子在隔膜及負(fù)極表面析出；同時也造成電池接觸電阻增加，這就是EIS分析中厚度NG電池歐姆內(nèi)阻大的原因之一。厚度不良電池分析極片狀態(tài)析鋰負(fù)極片褶皺隔膜對應(yīng)位置析鋰充電過35厚度不良電池分析結(jié)論此次厚度不良電池在分析過程中存在的問題有1、水分超標(biāo)2、歐姆內(nèi)阻大3、負(fù)極片及隔膜表面析鋰4、負(fù)極片褶皺變形根據(jù)前面對影響電池厚度因素的分析此型號在厚度改善方面需要重點關(guān)注1、極組周轉(zhuǎn)及電池烘干2、卷繞張力控制厚度不良電池分析結(jié)論36ThankYou!ThankYou!37鋁殼方型鋰離子電池厚度分析2020年12月yang鋁殼方型鋰離子電池厚度分析2020年12月yang38目錄概況水分對電池厚度影響

極組及電池轉(zhuǎn)序時間控制

水分測試極組熱壓不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度預(yù)充電電流極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力注液量對電池厚度影響異常使用對厚度影響厚度不良電池分析目錄概況39概況方型電池一般使用金屬鋁作為電池殼體，殼體厚度在0.2-0.3mm之間，由于鋁材質(zhì)較軟，電池在充放電過程及由于產(chǎn)氣等原因?qū)е聝?nèi)部壓力增加時，電池厚度極易發(fā)生變化，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致電池鼓脹，極端情況下電池防爆閥打開導(dǎo)致電池漏液造成安全事故，因此對導(dǎo)致電池厚度問題的相關(guān)因素進行分析，知其所以然，對改善電池厚度性能，具有重要的意義。主要針對極組及電池轉(zhuǎn)序時間控制、水分測試、極組熱壓、不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度、極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力、預(yù)充電電流、厚度不良電池分析等幾個不同角度進行了分析研究。概況方型電池一般使用金屬鋁作為電池殼體，殼體厚40水分對電池厚度影響在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，水分對電池性能有重要的影響，電池內(nèi)部水分含量超標(biāo)會導(dǎo)致電池容量、內(nèi)阻、厚度、循環(huán)等性能劣化，水分對性能影響的機理為1、水促進鋰鹽分解，導(dǎo)致容量損失，同時分解產(chǎn)生的HF對電池負(fù)極SEI膜有腐蝕作用2、水在負(fù)極分解產(chǎn)氣氣體2H2O+2eH2+OH-Li++OH-LiOH產(chǎn)氣反應(yīng)電池中水分的來源主要有：極片、隔膜、電解液本身存在的水分及在生產(chǎn)過程中從環(huán)境中吸收的水分，因此為控制電池內(nèi)整體水分含量需要對原材料、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)環(huán)境、電池制造工藝等進行嚴(yán)格控制，首先從電池內(nèi)部水分控制的角度進行分析，主要包括轉(zhuǎn)序時間、烘干、環(huán)境濕度三個方面。

LiPF6LiF+PF5PF5+H2OHF+POF3鋰鹽分解

HF+LiCO3H2O+

CO2

+LiFHF與SEI膜主要成分反應(yīng)生成

導(dǎo)電性差的LiF增加內(nèi)阻

水分對電池厚度影響在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，水分41水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間方型電池主要生產(chǎn)工序混漿涂覆碾壓剪切極片烘干極組卷繞裝配周邊焊電池烘干注液預(yù)充電

封球清洗化成、分容本次課題主要研究的轉(zhuǎn)序過程為極組卷繞到電池烘干，因為這幾道工序均在非干燥環(huán)境下完成，因此對電池內(nèi)水分含量影響較大水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間混漿涂覆碾壓剪切極片烘干極組卷42一、轉(zhuǎn)序時間實驗方案一批極組分為3組，每組500只，每組依次增加卷繞-裝配、裝配-周邊焊、周邊焊-電池烘干周轉(zhuǎn)時間，同時在每個周轉(zhuǎn)過程中分別測試3只烘前及3只烘后電池內(nèi)部水分含量（隔膜+正極+負(fù)極）實驗前首先測試3只未經(jīng)放置的極組水分含量作為參考其均值為302；對比三組電池分選后厚度。水分對電池厚度影響轉(zhuǎn)序過程時間定義第一組第二組第三組卷繞-裝配T18h24h48h裝配-周邊焊T28h24h48h周邊焊-電池烘干T38h24h48h實驗結(jié)果組別取樣時間烘前（ppm）烘后（ppm）123123第一組T1459486472235259231T2501511498241253246T3532529516243254256第二組T1621601597271254243T2668669658282293275T3725709711321314311第三組T1785804832359385391T2865871867402415422T3904911915421426419一、轉(zhuǎn)序時間水分對電池厚度影響轉(zhuǎn)序過程時間定義第一組第二組第43水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間實驗數(shù)據(jù)分析電池水分測試數(shù)據(jù)分析表1電池水分測試數(shù)據(jù)分析表2水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間電池水分測試數(shù)據(jù)分析表144水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間實驗結(jié)論由數(shù)據(jù)分析對比可以得出以下幾點結(jié)論電池內(nèi)部水分含量隨周轉(zhuǎn)時間延長而增加電池從環(huán)境吸收水分主要發(fā)生在T1過程，因為此時極組未入殼暴露在空氣中極易吸收水分，T2、T3階段電池已經(jīng)入殼僅通過注液孔與外界先連，吸收水分相對困難電池水分吸收到一定程度后在現(xiàn)有烘干參數(shù)下，不能將水分烘出到正常水平水分含量越高電池分選后厚度均值越大且散布也越大水分對電池厚度影響一、轉(zhuǎn)序時間45水分對電池厚度影響二、水分測試實驗卡爾費休水分測試原理

電池內(nèi)部正極片、負(fù)極片、隔膜水分含量一般是在ppm級別，因此一般使用卡爾費休法對其水分含量進行測量，水分測試原理為一種電化學(xué)反應(yīng)，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應(yīng)，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應(yīng)不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生的碘同電解時耗用的電量成正比例關(guān)系的，其反應(yīng)如下：

H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3碘與水消耗物質(zhì)的量相同，則測試樣品中水分含量計算式為：Q：反應(yīng)消耗電量m：樣品中水分重量96485：1mol電子電量18：H2O分子量

Q2*96485=m18樣品水分含量（ppm）=m*106M=18*Q*1062*96485*M卡爾費休水分測試儀水分對電池厚度影響二、水分測試實驗H2O+I2+SO2+3C46二、水分測試實驗1、吸水性試驗延長烘干時間盡量將電池內(nèi)部水分烘出，首先測試烘干后正極、負(fù)極、隔膜初始水分含量，然后將正極片、負(fù)極片、隔膜放置在相對濕度為25%的環(huán)境中，每小時測試一次水分含量（測試電池體系正極：LiCoO2

隔膜：9+3陶瓷負(fù)極：MCMB）

水分對電池厚度影響

水分含量0h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h正極片95142187204214220226235243255263負(fù)極片159261304367459524536542553562568隔膜201359489612658679686695702714720測試結(jié)果1、吸水性難易程度依次為：隔膜＞負(fù)極＞正極隔膜有陶瓷涂層其主要成分為Al2O3

吸水性最強，負(fù)極為水性體系正極為油性體系負(fù)極吸水性強于正極2、三種材料吸水主要發(fā)生在前4個小時，隨著時間的延長吸水量逐漸趨于飽和二、水分測試實驗水分對電池厚度影響水分含量0h1h2h3h47水分對電池厚度影響二、水分測試實驗2、水分烘干實驗將實驗1中已經(jīng)充分吸水的正極片、負(fù)極片、隔膜在相同的烘干參數(shù)下進行烘干（90℃、12h、-95KPa）測試烘干完成后水分含量相同的烘干參數(shù)下，殘留水分依次為：隔膜＞負(fù)極＞正極

二、水分測試實驗3、不同水分含量電池循環(huán)后厚度在極組厚度、注液量、卷繞張力、預(yù)充電流等條件均相同的情況下，分3組每組10只，分別在不同濕度條件下將極組放置2h，使電池內(nèi)部水分含量不同，此3組電池做0.5C充放循環(huán)100次對比電池厚度差異。隨著電池內(nèi)部水分含量的增加，電池分容后及100次循環(huán)后的厚度均增加，且增加的幅度也變大。

環(huán)境濕度電池水分第1組2%205第2組15%389第3組35%563水分對電池厚度影響二、水分測試實驗二、水分測試實驗環(huán)境濕度48極組熱壓方型電池極組入殼之前需要對極組進行熱壓處理，主要目的為：1、控制極組厚度在目標(biāo)范圍內(nèi)，降低極組入殼阻力，避免極組在入殼過程造成損傷，保證電池安全2、極組整形，保證極組的平整性，降低極組充放電過程形變引起的厚度問題3、使電池正極、隔膜、負(fù)極接觸更為緊密，降低內(nèi)阻，避免由于接觸不良導(dǎo)致的析鋰、死區(qū)等問題極組熱壓涉及相關(guān)參數(shù)有1、熱壓時間------效率相關(guān)2、熱壓溫度------電池性能、安全相關(guān)（溫度過高隔膜收縮、閉孔）3、熱壓壓力------電池性能、安全相關(guān)（壓力過大造成隔膜微觀變形、閉孔）基于極組熱壓的目的及參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可能會引起的電池性能及安全問題，對極組熱壓過程要投入足夠的重視，需要科學(xué)的設(shè)定各相關(guān)參數(shù)的最佳范圍以及確定三個參數(shù)對極組熱壓效果的影響程度。極組熱壓方型電池極組入殼之前需要對極組進行熱壓處理，主要目的49極組熱壓極組型號：**********實驗設(shè)備：半自動熱壓機、極組測厚儀實驗參數(shù)：熱壓時間、熱壓溫度、熱壓壓力實驗?zāi)康模和ㄟ^DOE方式確定三個參數(shù)對極組熱壓效果影響程度排序熱壓機熱壓板極組熱壓極組型號：**********熱壓機熱壓板50Gagename測厚儀measureobject極組厚度

%GR&R值18.01%P/T值6.46NDC7

conclusion%GR&R＜20、%P/T＜20，NDC＞5

OK

極組熱壓極組測厚儀測量系統(tǒng)分析為確保實驗過程所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實驗開始前對所有測量儀器進行GageR&R

Gagename測厚儀measureobject極組厚度51極組熱壓極組熱壓DOE1、參數(shù)水平設(shè)定

參數(shù)高低溫度（℃）10050壓力（MPa）0.650.35時間（S）60302、實驗方案全因子，兩水平，2個中心點，仿行數(shù)0

標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間5111500.35607211500.656083111000.656010401750.54525111000.35309601750.5451711500.353068111000.356049111000.653031011500.65303、實驗過程

實驗共計10組，每組4只極組共需極組40只將40只極組編號，測試每只極組熱壓前厚度值依實驗方案標(biāo)準(zhǔn)序，進行10組實驗，記錄每只極組進行的實驗組數(shù)及實驗后極組厚度計算每只極組熱壓前后厚度變化值ΔH計算每組實驗4只極組ΔH平均值實驗結(jié)果分析極組熱壓極組熱壓DOE參數(shù)高低溫度（℃）10050壓力（M52極組熱壓4、實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間ΔH均值5111500.35600.16257211500.65600.19583111000.65600.222510401750.5450.1625111000.35300.169601750.5450.181711500.35300.157568111000.35600.21549111000.65300.231011500.65300.185a、全部因子及其交互作用

b、刪除部分不顯著因子1極組熱壓4、實驗結(jié)果分析標(biāo)準(zhǔn)序運行序中心點區(qū)組溫度壓力時間Δ53極組熱壓c、刪除部分不顯著因子2三種情況主要參數(shù)對比對比可以發(fā)現(xiàn)在刪除不顯著因子1的情況下，S值最小，

R-SQ雖不是最大但是R值差異最小因此在此種情況下整體擬合情況最優(yōu)

SR-SQR-SQ（調(diào)整）R差異全部因子及交互0.01496.12%65.07%31.05%刪除不顯著因子10.01190.49%78.61%11.88%刪除不顯著因子20.01481.02%65.83%15.19%效應(yīng)圖結(jié)論：1、壓力、溫度、時間均為影響極組熱壓的顯著因素且均為正相關(guān)關(guān)系2、三者對熱壓效果的影響程度有強到弱依次為壓力、溫度、時間3、在調(diào)整極組熱壓參數(shù)時應(yīng)優(yōu)先對壓力進行調(diào)整極組熱壓c、刪除部分不顯著因子2三種情況主要參數(shù)對比SR-54不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度正負(fù)極片厚度會隨著電池充放電進行而膨脹和收縮，正極片在鋰離子脫出后厚度變大，負(fù)極片在鋰離子嵌入后厚度變大，文獻資料表明正極體積膨脹在4%左右(鐵鋰正極在充電過程中體積會收縮滿電態(tài)收縮7%左右，三元正極充電體積膨脹高于鈷鋰且隨著鎳含量增加體積膨脹增加），負(fù)極體積膨脹在10%左右（碳負(fù)極），厚度變化主要由負(fù)極體積膨脹導(dǎo)致；負(fù)極材料的不同充放電過程中體積膨脹不同。目前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化使用的負(fù)極材料主要分為碳材料和非碳材料（解決正負(fù)極材料充電過程中體積變化的方法有摻雜、納米化、包覆，粘結(jié)劑優(yōu)化等方法）負(fù)極材料碳材料鈦酸鋰硅負(fù)極硬碳人工石墨天然石墨非碳材料軟碳石墨無定型碳負(fù)極材料非嵌鋰態(tài)碳層間距嵌鋰態(tài)碳層間距體積膨脹人工石墨0.335nm0.371nm10%-12%天然石墨0.335nm軟碳0.34-0.35nm8%-10%硬碳0.38nm基本無變化硅負(fù)極NA

NA300%鈦酸鋰NA

NA基本無變化本次實驗主要對正負(fù)極片及電池在不同SOC狀態(tài)下厚度變化做實際測量實驗電池體系（正極：LiCoO2

隔膜：9+3陶瓷負(fù)極：MCMB）不同負(fù)極體積膨脹情況不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度正負(fù)極片厚度會隨著55不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下極片厚度實驗安排測試正負(fù)極片初始厚度值，相同正負(fù)極批號電池分別測試注液后（未充電）、預(yù)充電后（3.6V）、3.8V、4.2V狀態(tài)下正負(fù)極片厚度

正極片厚度/μm正極片膨脹率負(fù)極片厚度/μm負(fù)極片膨脹率極片118.30%138.30%注液后120.82.07%142.73.13%預(yù)充后121.22.44%155.912.69%3.8V124.95.54%165.119.36%4.2V126.77.14%169.522.57%實驗結(jié)果實際測量發(fā)現(xiàn)，此電池體系下正極厚度最大膨脹率為7.14%負(fù)極為22.57%，負(fù)極厚度膨脹是電池厚度變化的主要原因；二者實際厚度膨脹率均比理論計算要大因為實際過程中引起電極體積變化的因素除了鋰離子的嵌入脫出還包括電解液的吸收、活性物質(zhì)顆粒之間體積變化；此種情況下粘結(jié)劑的種類和用量對負(fù)極膨脹率會有顯著的影響。不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下極片厚度正極片56不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下電池厚度實驗安排兩個型號（4.4V鈷鋰體系），同批次，每個型號10只，先將電池恒流放電至3.0V，測量電池厚度，然后分別將電池恒流恒壓充電至3.5、3.75、4、4.4V狀態(tài)，測量每種狀態(tài)電池厚度實驗結(jié)果不同SOC電池厚度電池厚度在3.75V以下基本保持不變，3.75V以上隨電壓的升高厚度增加，對比之前極片厚度測試的數(shù)據(jù)在3.6V時負(fù)極片的厚度膨脹已經(jīng)達到了12.69%但是此時正負(fù)極片厚度的變化并沒有在電池厚度上體現(xiàn)出來原因為1、電池為鋁殼有一定的機械強度2、電池設(shè)計時極組厚度與電池殼內(nèi)腔厚度比值稱為入殼比，其值一般在90%-95%之間，電池內(nèi)部厚度方向有一定的空間。不同SOC狀態(tài)極片及電池厚度不同SOC狀態(tài)下電池厚度不同SO57預(yù)充電電流電池第一次充電時會在負(fù)極形成SEI膜，此膜形成質(zhì)量的優(yōu)劣會對電池性能產(chǎn)生極其重要的影響，對電池厚度也會有重要影響尤其是循環(huán)后厚度。SEI膜形成機理為:在負(fù)極達到一定電位后（0.7V/vsli+/li）電解液溶劑在負(fù)極表面得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成烷基碳酸鋰、Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等物質(zhì)，同時生成甲烷、乙烷、乙烯、氫氣、CO2等大量氣體，因此方型電池采取的是開口預(yù)充電的模式；影響SEI形成的因素有：溫度、電流密度、電液組成、負(fù)極種類及狀態(tài)等，本次實驗主要考察在不同預(yù)充電電流條件下生產(chǎn)的電池循環(huán)后厚度方面的差異。電流密度對SEI形成影響體現(xiàn)為：1、電液中各種離子擴散速度不同，在不同的電流密度下進行電化學(xué)反應(yīng)的主體不同，膜的組成不同2、電流密度大小是電化學(xué)反應(yīng)進行快慢的量度，電流密度大反應(yīng)進行快，極化大，難以形成致密的SEI膜，反之則可以形成致密的SEI膜EC+eEC?

CO32-

+2Li+

Li2CO3EC+2eCH2=CH2

+CO32-2EC?

+2Li+CH2=CH2

+（CH2OCO2Li）2

單電子反應(yīng)雙電子反應(yīng)預(yù)充電電流電池第一次充電時會在負(fù)極形成SEI58預(yù)充電電流實驗安排相同極片批號，相同卷繞批次電池分為3組，每組10只，在其他條件完全相同的情況下每組使用不同的預(yù)充電電流，完成后電池進行0.5C/0.5C100次循環(huán)，循環(huán)完成后對比電池厚度

預(yù)充電流時間第1組0.1C120min第2組0.2C60min第3組0.3C40min預(yù)充電電流越大，電池循環(huán)后厚度越大，原因為預(yù)充電電流大形成的SEI膜致密程度低，在循環(huán)過程中負(fù)極體積變化導(dǎo)致SEI膜破損，活性物質(zhì)新的表面與電液接觸形成新膜，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致電池厚度增加。預(yù)充電電流實驗安排預(yù)充電流時間第1組0.1C120min第59極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)按照正負(fù)極耳的位置劃分，極組可分為in-in、in-out、out-out結(jié)構(gòu)，目前方型電池采用in-out結(jié)構(gòu)，軟包電池采用in-in結(jié)構(gòu)，無論采用何種結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時都需要將極組厚度方向的均勻性作為一個重要考量，因為電池在循環(huán)過程中正負(fù)極體積在不斷發(fā)生膨脹與收縮，如果極組在厚度方向設(shè)計不均衡，不同位置厚度差異過大，則在循環(huán)過程中會造成極組變形嚴(yán)重，影響電池厚度。卷繞張力極組卷繞成型過程中，卷繞張力的控制至關(guān)重要，張力控制不當(dāng)，同樣會造成極組在充放電過程中的變形，影響電池厚度。極組變形極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)極組變形60極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)-極組厚度控制極組厚度控制方法主要有1、控制插入相對位置2、通過粘貼膠帶的方法使極組在厚度方向達到盡量平衡3、要求各位置厚度差異小于0.1mm某型號極組厚度計算備注：此圖及表格引用公司報告極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力極組結(jié)構(gòu)-極組厚度控制極組厚度控制方法主要61極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力卷繞張力由于極組圈數(shù)較多，目前方型型號卷繞圈數(shù)基本都在10圈以上，卷繞圈數(shù)多，為保證極組各圈張力均勻性，多采用變張力卷繞。正負(fù)極片張力參數(shù)，需根據(jù)型號，采用DOE實驗確定。變張力設(shè)定極組結(jié)構(gòu)及卷繞張力卷繞張力變張力設(shè)定62注液量對電池厚度影響注液量對電池厚度的影響分為兩個方面1、注液量多對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響1、注液量多對電池厚度影響

方型電池采用二次注液，注液前后稱重檢測液量是否合格，低于規(guī)格值則補液，以某型號為例，因為需要補液電池比例較高因此采取分檔補液，此時會造成某些電池液量超出上限對此型號厚度超標(biāo)電池進行分析時發(fā)現(xiàn)，其重量均高于厚度正常電池。1.82g電池殼寬(cm)5.61電池殼高(cm)7.77電解液重量(g)1.82電解液密度（g/cm3)1.25電解液體積cm31.456電解液在電池內(nèi)部厚度(mm)0.3340239注液量超出規(guī)格值導(dǎo)致電池變厚，計算值與電池實際超厚值差異不大，計算值稍大因為部分多余電液仍可被電池內(nèi)部空間填充。注液過多，電池循環(huán)過程產(chǎn)氣多，同樣影響電池厚度；液量過多對電池高溫安全性能同樣產(chǎn)生不利影響0.27注液量對電池厚度影響注液量對電池厚度的影響分為63注液量對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響

注液量少對電池厚度的影響主要體現(xiàn)在電池循環(huán)過程中，因為在預(yù)充電及化成充電時基本使用小電流，小電流情況下，電池內(nèi)部極化小，產(chǎn)熱量不大，對電池厚度影響不大；在循環(huán)使用過程中，電池充電電流較大，電池注液量低，導(dǎo)致局部電流密度較大，內(nèi)阻大，電池內(nèi)部溫度高，導(dǎo)致電液分解產(chǎn)氣，影響厚度。實驗驗證3組，每組5只，注液量依次降低，安排1C/0.5C100次循環(huán)

注液量標(biāo)準(zhǔn)液量第1組6g6.4±0.2g第2組5.5g第3組5g實驗結(jié)果顯示循環(huán)前電池厚度無明顯差異，循環(huán)后液量越少，厚度越大注液量對電池厚度影響2、注液量少對電池厚度影響注液量標(biāo)準(zhǔn)液64異常使用對厚度影響在電池使用過程中，過充、高溫、短路等異常情況均會使電池內(nèi)部產(chǎn)氣，造成電池厚度不良，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)安全問題項目失效機理過充1、正極材料過度氧化釋放氧氣2、電解液被氧化釋放氣體3、過量的鋰在負(fù)極析出，與電液反應(yīng)產(chǎn)氣4、電池內(nèi)部溫度升高導(dǎo)致SEI膜、電液、正極、負(fù)極、粘結(jié)劑等發(fā)生分解或相互反應(yīng)高溫1、電解液溶劑的組成一般為EC、DMC、DEC等成分，在高溫情況下電液溶劑會揮發(fā)，是電池內(nèi)部飽和蒸氣壓增加，電池鼓脹，此種情況產(chǎn)氣在溫度降低后鼓脹嚴(yán)重程度會