铝壳方型锂离子电池厚度分析

实验结果
转序过程
卷绕-装配 装配-周边焊 周边焊-电池烘干
时间定义
T1 T2 T3
第一组
8h 8h 8h
第二组
24h 24h 24h
第三组
48h 48h 48h
组别 第一组 第二组 第三组
取样时间
T1 T2 T3 T1 T2 T3 T1 T2 T3
烘前（ppm）
1
2
3
459
486
472
501
511
498
HF+ LiCO3
H2O + CO2 +LiF
HF与SEI膜主要成分反应生成 导电性差的LiF 增加内阻
2、水在负极分解产气气体
2H2O+2e
H2 +OH- Li+ + OH-
LiOH 产气反应
电池中水分的来源主要有：极片、隔膜、电解液本身存在的水分及在生产过程中从环境中吸收
的水分 ，因此为控制电池内整体水分含量需要对原材料、生产过程、生产环境、电池制造工
水分对电池厚度影响
二、水分测试实验 卡尔费休水分测试原理
电池内部正极片、负极片、隔膜水分含量一般是在ppm级别，因此一般使用卡尔费休法对 其水分含量进行测量，水分测试原理为一种电化学反应，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反 应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产 生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生 的碘同电解时耗用的电量成正比例关系的，其反应如下：
铝壳方型锂离子电池厚度分析
yang 2018年6月
目录
➢概况 ➢水分对电池厚度影响
极组及电池转序时间控制 水分测试
➢极组热压 ➢不同SOC状态极片及电池厚度 ➢预充电电流 ➢极组结构及卷绕张力 ➢注液量对电池厚度影响 ➢异常使用对厚度影响 ➢厚度不良电池分析
概况
方型电池一般使用金属铝作为电池壳体，壳体厚度在0.2-0.3mm之间，由于铝材质较软，电 池在充放电过程及由于产气等原因导致内部压力增加时，电池厚度极易发生变化，严重时甚至 会导致电池鼓胀，极端情况下电池防爆阀打开导致电池漏液造成安全事故，因此对导致电池厚 度问题的相关因素进行分析，知其所以然，对改善电池厚度性能，具有重要的意义。主要针对 极组及电池转序时间控制、水分测试、极组热压、不同SOC状态极片及电池厚度、极组结构及 卷绕张力、预充电电流、厚度不良电池分析等几个不同角度进行了分析研究。
H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3
碘与水消耗物质的量相同，则测试样品中水分含量计算式为：
Q =
m
m*106
18*Q*106
样品水分含量（ppm）=
=
2*96485
18
M
2*96485*M
Q：反应消耗电量 m：样品中水分重量 96485 ：1mol电子电量 18 ：H2O分子量
水分对电池厚度影响
一、转序时间 实验方案
一批极组分为3组，每组500只，每组依次增加卷绕-装配、装配-周边焊、周边焊-电池烘干周转时间 ，同时在 每个周转过程中分别测试3只烘前及3只烘后电池内部水分含量（隔膜+正极+负极）实验前首先测试3只未经 放置的极组水分含量作为参考其均值为302；对比三组电池分选后厚度。
卡尔费休水分测试仪
水分对电池厚度影响
二、水分测试实验 1、吸水性试验 延长烘干时间尽量将电池内部水分烘出，首先测试烘干后正极、负极、隔膜初始水分含量，然 后将正极片、负极片、隔膜放置在相对湿度为25%的环境中，每小时测试一次水分含量 （测试 电池体系正极：LiCoO2 隔膜 ：9+3 陶瓷 负极：MCMB）
532
529
516
621
601
597
668
669
658
725
709
711
785
804
832
865
871
867
904
911
915
烘后（ppm）
1
2
3
235
259
231
241
253
246
243
254
256
271
254
243
282
293
275
321
314
311
359
385
391
402
415
422
421
426
419
水分对电池厚度影响
一、转序时间 实验数据分析
电池水分测试数据分析表1
电池水分测试数据分析表2
水分对电池厚度影响
一、转序时间
水分吸收量
600
400
200
0
T1
T2
T3
第1组
第2组
第3组
实验结论 由数据分析对比可以得出以下几点结论 ➢电池内部水分含量随周转时间延长而增加 ➢电池从环境吸收水分主要发生在T1过程，因为此时极组未入壳暴露在空气中极易吸收水分， T2、T3阶段 电池已经入壳仅通过注液孔 与外界先连，吸收水分相对困难 ➢电池水分吸收到一定程度后在现有烘干参数下，不能将水分烘出到正常水平 ➢水分含量越高电池分选后厚度均值越大且散布也越大
水分含量
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h
正 极 95 142 187 204 214 220 226 235 243 255 263 片
负 极 159 261 304 367 459 524 536 542 553 562 568 片
隔 膜
201
359
489
612
658
艺等进行严格控制 ，首先从电池内部水分控制的角度进行分析，主要包括转序时间、烘干、
环境湿度三个方面。
水分对电池厚度影响
一、转序时间
方型电池主要生产工序
混浆
涂覆
碾压
剪切
极片烘干
极组卷绕
封球
预充电
注液
电池烘干
周边焊
装配
清洗
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化成、分容
本次课题主要研究的转序过程为极组卷绕到电池烘干，因为这几道工序均在非干燥环境下完 成，因此对电池内水分含量影响较大
水分对电池厚度影响
在锂离子电池生产过程中，水分对电池性能有重要的影响，电池内部水分含量超标会导致 电池容量、内阻、厚度、循环等 性能劣化，水分对性能影响的机理为 1、水促进锂盐分解，导致容量损失，同时分解产生的HF对电池负极SEI膜有腐蚀作用
LiPF6 LiF + PF5 PF5 +H2O
HF +POF3 锂盐分解
679
686
695
702
714
720
水分含量/ppm
吸水性实验
800
700
600
500
正极片
负极片
400
隔膜
300
200
100
0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h
时间/h
测试结果
1、吸水性难易程度依次 为：隔膜＞负极＞正极 隔膜有陶瓷涂层其主要 成分为Al2O3 吸水性最 强，负极为水性体系正 极为油性体系 负极吸水 性强于正极 2、三种材料吸水主要发 生在前4个小时，随着时 间的延长吸水量逐渐趋 于饱和