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锂电池卷绕电芯内部缺陷图谱

2023-01-03 来源:锂电前沿 浏览数:1

卷绕是锂离子电池制造过程中的关键工艺,它将正,负极极片和隔膜组装在一起,如果出现不良品,整个卷芯包括的正负极极片和隔膜都浪费了,良品率对电池制造成本影响比较大,而且影响电池性能和安全性。


一般地,常见卷芯内部缺陷图谱如下图所示,每张图谱里面都包含正极极片、隔膜和负极极片。


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图1  卷芯内部缺陷图谱


其中,第一排(a)是正常图谱,内部没有缺陷。


第二排(b)三张照片出现极片弯曲变形的情况,这种情况可能是卷绕工艺中张力没有控制好,极片弯折。这种缺陷会导致电池极片在充放电反复膨胀与收缩时出现大量褶皱,限制容量发挥,可能出现析锂等问题。


第三排(c)的缺陷是隔膜上存在金属异物,金属异物可能是极片制备或转运过程引入的,比如极片辊压、裁切等工艺。也可能卷绕工艺极片切断产生的箔材碎屑。金属异物会导致电池内部微短路,自放电严重,并存在安全隐患。一般检出方法主要包括电芯绝缘耐电压测试,高温老化监测自放电k值判定不合格品。


第四排(d)的问题主要是涂层不均匀,包括两面厚度不同的阴阳面,单侧没有涂层等。这个缺陷主要是涂布工艺产生的,或者极片制备工艺中出现的涂层脱落。一般极片辊压,分切工艺都会设置CCD检测,缺陷极片做好标记,在卷绕工艺裁切剔除不良品。但是,无法100%保证剔除不良品。如果出现这种情况电池容量损失,而且出现正负极容量不匹配导致析锂等问题。


第五排(e)的缺陷是内部存在粉尘等非金属异物,这种情况危害虽然没有金属异物严重,但是也会影响电池性能,尺寸比较大时也可能导致隔膜破解,正负极微短路的情况。


以上图谱获取的方法如下:将整个卷芯埋入A、B胶环氧树脂中,固化保持卷芯内部结构特征。切割截面,并用砂纸打磨,抛光制作样品,采用扫描电镜观察。获取大量照片,从中找出了这些缺陷图谱。


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图2  卷芯微结构观察过程


另外,卷绕电芯在拐角处还可能出现极片断裂的情况,如图3所示。极片太脆,厚度较大特别容易出现断裂情况。


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以上就是卷芯内部缺陷图谱。

 

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