鋰離子電池生過程中的重要質(zhì)管控點第38卷2008

第5期lO月電池BATTERYBIMONTHLYV01.38.NO.5Oct..2008鋰離子電池生過程中的重要質(zhì)管控點吳雪平(無錫日立麥克賽爾限公司,江蘇無錫214028)摘要:介紹了鋰離子池封口體組件、卷、組裝、注液、化和特性檢查過程中的一些要的質(zhì)量管控點對焊接強、毛刺、電極狀態(tài)和短路的控制目的及控制法進(jìn)行了說明。調(diào)了x射線檢查、耐電壓檢測、電壓管理等在質(zhì)量管理的重要性。

關(guān)鍵詞:鋰離子電池生產(chǎn)過程;質(zhì)控制點;X射線檢查;電壓差管理中圖分類號:TM912.9獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001—1579(2008)05—0305—04

ImportantqualitypointsinmanufacturingprocessofLiionbatteryWUXue—ping

(WuxiHitachiCo.,Ltd.,Wuxi,Jmn伊u214028,China)

Abstract:TheimportantcontrolpointsmanufacturingprocessofLi?ionbatterysuchsealingunitassembling,jellyrollwinding,assembly,electrolytepouring,formationandcharacteristicscheckingwereintroduced.Controlpurposemethodsofweldingintensity,cuttingburr,dectrodealignmentshortcircuitanalyzed.TheimportanceofX‘rayimpection,with8t齟dingvoltageandvoltagecontrolwereemphasized.Keywords:Li-ionbattery;manufacturingprocess;qualitycontrolpoints;X—inspection;voltagedrop

control鋰離子電池的量,尤其是安全性能受到了越越多的消費者的關(guān)注。在電池設(shè)計上有專門針對端情況,即萬一發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量問題的保護(hù)措施,如在電池的鋁殼(正罐)上有安全閥開裂閥),還采用專的保護(hù)電路(PCM)和

序序。熱敏電阻(PTC),防止過充電、過電和過電流等情況電池發(fā)熱、起火及爆炸等危害人身和產(chǎn)的事故…。更要的是各生廠家在生產(chǎn)過程應(yīng)針對一些薄弱點加強質(zhì)管控,從源頭防止出現(xiàn)各種可能及安全性能的質(zhì)量常。這些異常一旦現(xiàn),僅靠最終的出廠質(zhì)量檢手段是很難全部檢出和排的。本文作者主要對沒有焊接PCM和PTC的鋰離子電(以方形鋰離子電池為例)在生產(chǎn)過程中的些重要質(zhì)量控制項目及如何制等,進(jìn)行了詳細(xì)地描述和說明。l鋰離子電池基本構(gòu)造和生產(chǎn)程典型的手機(jī)用離子電池構(gòu)造見獻(xiàn)2]?？蓪囯x子池的生產(chǎn)流程單地分為封口組件裝配、電極繞、組裝、注液、化成和特檢查等主要工2封口體組件配工序該工序?qū)⒇?fù)極子、密封件、蓋絕緣板和押板鉚在一起,形成組。該工序?qū)﹄姵刭|(zhì)量很重要,但容易被人們忽視。

2.1封口體組鉚合后的高度2.1.1控制目鉚合后的高度定了封1:1體組件的鉚合強度。鉚強度不夠,將導(dǎo)致電池內(nèi)阻升高甚電流無法輸出,如果負(fù)極端子在其他產(chǎn)工序中受力,使押板傾斜,會導(dǎo)致電池內(nèi)部短;鉚合強度過大可能使密封件破裂導(dǎo)致失去絕緣作用。2.1.2制方法

一般采用在線度測量計進(jìn)行全檢查。2.2封口體組的扭矩2.2.1控制目控制目的與封體組件鉚合后的度相同。鉚合后度的測量是非破性的,無法得到鉚合強度實際數(shù)據(jù),因此有必要進(jìn)行破壞性的抽檢查。2.2.2控制方將封1:3體組放入對應(yīng)的檢測具將檢測夾具與上部嵌合,將繩子入軌道,用彈簧秤勾住繩的頭部,以垂直方向從開始點拉至終止(45。),讀彈簧秤的讀數(shù)(圖。一般要用管理控制。

作者簡介:吳雪平(1972一),男,江蘇人無錫日立麥克賽爾限公司工程師,主要從事鋰離子電池生質(zhì)量管理工作。方數(shù)據(jù)電池BATTERYBIMONTHLY第38卷圖1封口體組鉚壓扭矩測量圖

Fig.1Measuringmethodtorqueforsealingunit封口體組件的絕緣

2.3.1控制目部件上的金屬刺容易刺穿密封鉚合強度過大可能使密封件破裂導(dǎo)致封口體組件去絕緣作用。2.3.2控制方一般采用在線阻表進(jìn)行全數(shù)內(nèi)測量。2.4封口體組的外觀2.4.1控制目防止在加工過中押板傾斜、接密封件部位存在刺等造成電池內(nèi)短路;蓋的注液孔內(nèi)有毛,易掉入池內(nèi)部,造成質(zhì)量問;如果對蓋的安全閥造成了損傷,也會導(dǎo)致漏液。鉚合不,易導(dǎo)致電池在受到振動時阻升高。2.4.2控制方用顯微鏡進(jìn)行數(shù)檢查。3卷繞工序該工序?qū)⒄㈦姌O箔和正、負(fù)引板焊接,再與正、負(fù)隔膜卷繞在一起形成卷繞體組成電池的芯,是鋰離子電池生產(chǎn)的核心工序決定了電池的安全和質(zhì)量。3.1電極及引切斷后的毛刺3.1.1控制目電極和引板如切斷后毛刺(毛邊)過長,將穿透隔,引起內(nèi)部短或微短路。毛刺應(yīng)小隔膜的厚度,如20t-tmo

3.1.2控制方定期抽樣,用顯微鏡量,要注意同時測量平面和斷面的毛刺,一般要用管理圖控制。3.2電極箔和板的焊接強度3.2.1控制目在電極箔和引焊接強度不足或焊、脫焊的情況電池受到振動或沖擊會影響導(dǎo)電,導(dǎo)致內(nèi)阻增大;最壞的情況下電池會失效無法輸出電流。3.2.2控制方由于是破壞性查,只能抽樣用拉力機(jī)來檢查接后的剝離強度,一般要用管理圖控制。僅要看焊接強度還要注意焊點的狀及剝離后的箔體留面積等。針對可發(fā)生的脫焊可在生產(chǎn)中,增加一種裝置夾住引的工序,以適當(dāng)?shù)牧?進(jìn)行全確認(rèn)。3.3正、負(fù)極和隔膜的對位置3.3.1控制目

正、負(fù)極和隔的相對位置,決定了鋰離子電的安全性能。在正常情況下,隔膜縱向要比正、電極長,負(fù)極縱向要比正極長,這隔膜就可包住電,防止縱向正、極直接接觸;負(fù)極中的石墨需要吸納自正極的Li+,如果負(fù)極比正極短,么來自正極的無法被負(fù)極吸納將堆積成鋰枝晶析出,最終將刺穿隔膜,造成內(nèi)部短【3J。正、負(fù)極橫向的相對位置很重要。正、負(fù)之間的隔膜萬破損或受熱收縮,正、負(fù)極就有可能接接觸(內(nèi)部短路)。若正、負(fù)極的金箔直接接觸,由于金屬箔本身的阻很小,將導(dǎo)致內(nèi)部路時的電流很大電池將產(chǎn)生熱、膨脹,甚至爆裂。

3.3.2控制方進(jìn)行抽樣檢查更重要的是過x射線檢查卷體內(nèi)部的狀態(tài),即正、負(fù)極縱向的相對位(圖2a),包括正、負(fù)極是否卷成了筍狀(圖。

圖2通過x射可以發(fā)現(xiàn)的各種良Fig.2SomekindsdefectscouldfoundbyX-myinspection3.4卷繞體絕緣性

3.4.1控制目金屬異物的混、引板或電極箔割后的碎屑掉入電萬方數(shù)據(jù)第5期吳雪平鋰離子電池生過程中的重要質(zhì)量控點極涂層的脫落隔膜在卷繞過程的破損等,均會導(dǎo)致內(nèi)部短路或微短路因此要檢測卷后卷繞體的絕緣能。

3.4.2控制方一般采用在線阻表進(jìn)行全數(shù)內(nèi)測量(2Mfl上),可發(fā)現(xiàn)排除已經(jīng)產(chǎn)生內(nèi)部短路的繞體;同時使用x射線來檢查卷繞體內(nèi)部狀態(tài),觀察電極或隔膜是否有破損有異物混入,以排除存在內(nèi)部短隱患的卷繞體。

4組裝工序該工序?qū)⒕砝@插入正極罐(一般是鋁罐),再放人止正、負(fù)引板彎曲引起短路的上絕緣板,接著將正、負(fù)引板焊接到封體組件上,最后對封13體組件和正極的接縫處進(jìn)行激光焊接密。這個工序的重是防止可能產(chǎn)生的內(nèi)部短路等問題。

4.1卷繞體的入狀態(tài)4.1.1控制目卷繞體插入正罐時,易產(chǎn)生插入不到位(過深、過和傾斜)及插入異常,如側(cè)面彎曲圖2c)、破損等(圖2d)。尤其是插入異,將導(dǎo)致內(nèi)部短。4.1.2控制方鑒于普通的檢是破壞性的,只能通過全數(shù)x射線查的方式進(jìn)行。4.2封口體組和引板的焊接度4.2.1控制目

將電極上的正負(fù)引板焊接到封體組件上,在焊接強度不足或虛焊、脫焊的情況下圖2e),電池受到振動或沖擊時將影響導(dǎo)電性導(dǎo)致內(nèi)阻增;最的情況下,電池會失效(無法輸出電流。

4.2.2控制方因為是破壞性查,所以只能抽樣用拉力機(jī)來查焊接后的剝離強度一般要用管理圖控。不僅看焊接強,還要注意焊點的態(tài)。

4.3封口體組和正極罐嵌合的內(nèi)部狀態(tài)4.3.1控制目封口體組件和極罐嵌合時,正、負(fù)引板在正罐中的彎曲狀態(tài)很重要,尤其是負(fù)極引板如果在彎曲時形異常、或碰正極罐內(nèi)壁,將導(dǎo)致內(nèi)部短路。引板在彎時,也可能引起斷裂(圖2f),導(dǎo)內(nèi)部斷路,電流法輸出。4.3.2控制方對負(fù)極引板和極罐內(nèi)壁之間的全距離,可通過自動x射線檢查選別裝置來進(jìn)行(圖對于引板狀異常、斷裂等,只通過人工X射線來判斷。一般采用全數(shù)動X射線檢查和抽人工x射線檢查相合的方式。

4.4封口體組和正極罐焊接度4.4.1控制目封口體組件與極罐焊接不好,將起不到密的作用,直導(dǎo)致電解液泄漏如果焊接強度夠,電池在跌落時易產(chǎn)生裂縫。

4.4.2控制方一般可將兩種法配合使用。①查焊接深度,在側(cè)面銼開焊接處,用顯微鏡測量焊縫的度;②使用水壓裝置(原理類似于液相色譜儀),將正極罐底部鉆出一個小孔將水壓裝置的出水接頭上生膠帶后塞進(jìn)孔,逐漸升高水壓,在焊縫被沖破的間讀出水壓值(焊接強度很的情況下,往往是正罐側(cè)面先破裂)。這兩種方法都屬抽樣破壞性檢查,要用管理圖控制。焊狀態(tài)的外觀檢查(是否有裂縫、小孔等)也是必要的。

4.5組裝完成的潛在內(nèi)部短(異混入)4.5.1控制目電池在組裝過中,可能會有脫落的電極涂層正極罐開口處的毛刺、引板切斷后的碎等金屬異物混入圖2h),雖然當(dāng)時沒有引內(nèi)部短路(針對電池進(jìn)行開路電和內(nèi)阻的檢測.無法檢出),但在使用程中,金屬異物能逐漸穿透隔膜,發(fā)內(nèi)部短路導(dǎo)致電失效。要針對電內(nèi)部可能發(fā)生的在短路問題進(jìn)行控制4.5.2控制方采用耐電壓裝,在池的正、負(fù)極之間上幾百伏的瞬間電壓,如果隔膜上附有金屬物,在瞬間高電壓的引導(dǎo)下,將穿隔膜,導(dǎo)致內(nèi)部短路這樣可將不良電池排。一般采用數(shù)自動耐電壓查的方法。

5注液工序該工序是往電中真空灌注電解再將注液孔密的過程。目前生產(chǎn)高性能電池一般采用兩注液、兩次注液之間進(jìn)行預(yù)化成需要指出的是注液要求在干燥環(huán)境中進(jìn)行要控制整個工序的濕度露點管理)。電池在注液前需要進(jìn)行高溫真空燥,徹底排除內(nèi)部的水分,并對真空干燥的溫度、時等進(jìn)行管理。5.1注液量5.1.1控制目注液量不足,將引起電池容偏低、內(nèi)阻偏大膨脹等問題。注液量過多電解液在預(yù)化時易溢出注液孔造成注液孔密封(焊接)容易產(chǎn)生焊接孔、裂縫等問。

5.1.2控制方用自動電子天對注液前后的電進(jìn)行全數(shù)稱重來制,要用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對自動電子天平行日常校檢,因為溢出的電解液容易電子天平內(nèi)結(jié)晶甚至腐蝕電子天平。5.2預(yù)化成的件5.2.1控制目預(yù)化成一般是幾個階段對電池行恒流充電,目的是對電池少量適度充電,使之激活使電池內(nèi)部充電導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體,在電池封口前排出,避免膨脹。若個階段的充電流偏小、時偏短的話,將起不到激活電、排出氣體的效果在正式化成后能會導(dǎo)致膨脹?；珊蟮?/p>

萬方數(shù)據(jù)308電池BATTERYBIMONTHLY第38卷陳化時間(如30—120rain)也要控制以確保電解液有足的時間充分均勻地浸潤到極和隔膜內(nèi)部。5.2.2控制方使用電流表對化成設(shè)備的輸出流進(jìn)行定期點檢并記錄充電和陳放間。有特殊要的場合,還要對預(yù)備化成工序的溫度行控制。

5.3注液孔焊后的密封(焊接)狀態(tài)5.3.1控制目注液孔的焊接果不好,將起不到密封的作用直接導(dǎo)致電解液漏或外面的水分進(jìn)入電內(nèi)部,導(dǎo)致電池膨脹。5.3.2控制方法

用CCD畫像檢機(jī)對焊接軌跡進(jìn)全數(shù)檢查,對是否有裂縫、小孔等問題則由人工使用微鏡進(jìn)行檢查。6化成和特性查工序

產(chǎn)生產(chǎn)生。幅度該工序?qū)﹄姵匦谐浞烹?將電池激活,并在電極表形成SEI膜?；煞忠淮魏投位?中間有一個高溫加常溫的老化過程SEI膜主要在老過程中形成,對電池的循環(huán)性能、貯存命、不可逆容量失和安全性能起重要的作用[引二次化成后到出前,需要7—14d的陳化時問。6.1化成工序電壓、內(nèi)阻及量檢查’

6.1.1控制目在一次和二次成工序中,要對各階段的電壓行點檢和監(jiān)控,這屬于針對化成設(shè)備的管項目,以防止電池充放電不足或被過過放,導(dǎo)致電池現(xiàn)爆裂。需要檢查次和二次化后電池的有關(guān)性能,及時排除化成不良品6.1.2控制方對一次化成后電壓,二次化成后的電壓、內(nèi)和容量進(jìn)行全數(shù)檢查還要對外觀(是否有漏液、脹等)進(jìn)行全數(shù)檢查。

6.2電壓差的制6.2.1控制目鋰離子電池的終檢查,不應(yīng)該僅根據(jù)規(guī)格來斷,尤其是電壓。限目前的制造技術(shù)尤其是正、電極的制造技術(shù),尚法完全杜絕電池部微短路的微短路一般是電極涂層上脫落活性物質(zhì)、電極面的微小突起、氣中的粉塵等在膜上附著后,當(dāng)時沒有直接貫通隔膜但潛在的導(dǎo)部位,隨著時間的增加慢地貫穿隔膜最終導(dǎo)致電池短路。隔上的黑色斑點,一般認(rèn)為是微短路的原。正常電池雖然存在自放電現(xiàn)象但電壓比較穩(wěn)定表現(xiàn)為二次化成后的每電壓降不超過4—6mV,而存在微短路的電,電壓降超過這個組裝工序中的電壓檢查,無法從根本上控制短路,尤其是在化成程中逐漸產(chǎn)生的微路。6.2.2控制方有兩種方式進(jìn)電壓差的控制。如果每一只電池化成結(jié)束后到最出貨前能做到在壓檢測時一一對,就可以在兩次電壓檢測值間設(shè)置一個電壓差來進(jìn)行管,但這需要大的人力物力及專用池托盤;②針每個制造批次,在出貨前的電壓檢時進(jìn)行4-30或4-4a管理,即在設(shè)電壓的檢測上下限值時,不是采用規(guī)格值而是采用比格值更為嚴(yán)格的d管理線這樣可將每制造批次中電偏差較大的池(雖然電壓仍