霍克锂电池制造工艺控制及潜在问题分析

锂离子电池的概念是1980年代首次提出的。1991年，日本索尼公司率先开发并成功推出了第一款商用锂离子电池产品，推动了锂离子电池生产的大规模工业化发展，广泛应用于手机、笔记本电脑和许多便携式设备，成为世界上增长最快、销量最高的电池制造和销售系统。目前，中国已成为世界第二大锂离子电池生产国，今后的发展前景极为可观。但是随着相关产业的扩大和技术内容的改善，锂离子电池领域急需优秀的技术人才。缺乏相关人才已成为中国锂离子电池产业发展的主要障碍，迫切需要培养锂离子电池专业人员。

1锂离子电池材料

锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜和电池外壳等部分构成，通过锂离子在正负极之间反复脱出和嵌入实现充放电功能。目前常见的有三元（NCM）锂电池、钛酸锂（LTO）电池和磷酸铁锂（LFP）电池。

当下，锂离子电池中常用的正极材料有层状结构的钴酸锂（LiCoO2）和镍钴锰酸锂（LiCoxNiyMnzO2）、尖晶石型的锰酸锂（LiMn2O4）以及不同聚阴离子型的正极材料（LiMPO4,M=Ti,Ge,Zr,Hf）。作为动力电池正极材料，在保证安全性的基础上，其未来发展主要倾向于研发能量密度高、清洁环保和成本低廉的电极材料。而对锂离子电池的负极材料而言，金属锂本是比较理想的材料，但由于在循环过程中锂枝晶的生长无法保证电池的安全性。经过长时间技术更迭，当下商用锂离子电池中应用最多的负极材料是石墨类碳材料，在保证电池高电压优势的情况下也提高了安全性和循环寿命。氮化物、聚硫酸铝（PAS）、锡合金以及其他的金属间化合物等正处于探索阶段。电解质的作用是运送离子和传导电流，对电池的性能影响较大。传统电池采用的水系电解质理论分解电压只有1.23V，如果使用该电解质则电压达不到锂离子电池3~4V电压的要求，因此对耐高压的有机溶剂和电解质的研究是未来的发展方向之一。目前常用的电解质有环状碳酸酯、环状醚与链状醚等有机液体电解质，咪唑阳离子类、链状季铵阳离子类离子液体电解质，PEO基、PVC基等聚合物电解质。隔膜的作用是将正、负极隔开但允许锂离子通过，应选用热关闭性能好的隔膜，即温度升高隔膜融化前孔隙发生关闭，内阻极速上升从而使内部反应停止。

2正负极材料热处理

正负材料的热处理专门指在切割和搅拌正负材料之前从高温材料中去除杂质和水分，以免影响成品电池的运行性能。但阳极和阴极材料的热处理存在几个潜在问题，如下:(1)高温热处理导致阳极材料聚集，直接影响后续电池制备工艺；(2)热处理温度低导致湿度和杂质无法完全去除的问题，如成品电池容量低和使用后电池源。因此，在阳极和阴极材料的热处理中，有必要严格控制加热温度，以避免高温或低温问题。

3废旧锂电池的危害性

随着新能源汽车的发展，锂电池产业发展迅猛，新能源汽车等受使用寿命的限制势必会产生大量的废旧锂电池。废旧锂电池存在严重的安全隐患，如不妥善处理，会对周边环境造成危害，然后通过环境作用到周边的生物及人体，对生态和社会环境造成负面影响。废旧锂电池中富集了大量钴（Co）、铜（Cu）、锂（Li）、铝（AI）、铁（Fe）等贵重金属资源，可以缓解目前资源短缺的现状，合理高效的电池回收技术有利于锂电池的可持续发展。锂电池的回收处理可以减少其对环境造成的污染，是推行绿色环保方式，实现资源可循环利用的途径之一。

4正负极材料搅拌

正负材料的混合意味着正负原料完全分散，并与搅拌机混合。该过程中的潜在问题如下:(1)搅拌不均会导致电池内材料分布偏差，从而降低电池容量，增加电池的内阻，缩短电池的循环寿命，甚至可能造成严重的安全问题；(2)搅拌时杂质混合，混合杂质可能穿透膜，导致电池短路、自放电异常、电池寿命缩短和安全问题。因此搅拌时应注意阳极和阴极材料的均匀性和纯度。

5视野创新，深入展望了电动汽车锂电池制造工艺技术

经过漫长的历史进程，可持续发展理论逐渐成熟，越来越受到关注，不可再生能源的短缺得到了世界各国的承认，新能源核工业正在迅速发展。大量西方发达国家已经开始或计划制定禁止出售燃料车辆的时间表，新能源汽车将在不久的将来成为全球可持续发展的主要内容之一。锂离子电池由于寿命长、能量密度高等优点，成为电动汽车电池的首选，在国民经济中的战略地位不断提高。根据相关预测数据，仅2022年中国锂离子电池销量就将超过2000亿元。编辑全面介绍了动力锂离子电池，并详细研究了具有性能的锂离子电池的电气性能。在此基础上，编辑重点介绍了电动汽车锂离子电池的快速充电技术，认为影响电动汽车锂离子动力电池快速充电能力的主要因素是电池的热管理和锂化。当电力电池负极无高速锂插层能力时，在快速充电时容易发生锂聚合物甚至锂枝晶现象，从而缩短电池寿命，甚至由于电池温度的快速升高而引起高温短路点火。因此，越来越多的锂离子电池公司正在开发电力电池快速充电技术。当前，快速充电电池的研发核心主要集中在材料上，尤其是电解质和阳极及阴极。比如，它可以通过提高负离子嵌入速度或电力蓄电池组电荷交换速度，或者优化快速充电策略，加强结构部件过流仿真试验，有效提高快速充电效率。

6拉浆

普平是指阳极和阴极材料均匀搅拌到基板表面后的均匀涂层，以及材料的干燥。该过程中存在以下潜在问题:(1)电池污泥厚度和材料分配偏差不均可能降低电池容量，提高电池的内阻，缩短电池寿命，甚至造成严重的安全问题；(2)干燥温度不稳定，影响了片状粘接性能，导致正负材料量减少，从而影响了成品电池的运行性能。因此，生产过程中应特别注意纸浆剥离器的参数，有必要将参数保持在适当的范围内，以避免由于工艺参数而导致电池生产质量下降。

7锂电池制造工艺

图1锂离子电池主要生产流程

锂离子电池主要生产流程有隔膜和极片制造、电芯制作、装配封装、化成分容等工序，具体如图1所示。制造过程中水分和粉尘的控制是影响电池性能的两个重要因素，良好的水分控制会大大降低电池鼓胀率并提高性能；而及时清理车间的灰尘和制造工艺脱落的粉尘等微小颗粒，会降低产生电池内部微短路的可能性。