怎样提高锂离子电池制造过程中的一致性？

想必大家也知道，电池制作完成后，要组装到模组里面。然后模组单元组装进PACK包里，通过连接保护板、电池充放电系统、电池管理系统及测试系统，这个电池包检测合格后就可以使用了。虽然，在组装进模组前，我们会按照容量、电压等信息进行筛选分档，尽量让性能指标相近的电池组合到一块，保证电芯的一致性，但是实际生产中，由于制程工艺不当、管理不好，存在着电池之间一致性较差，经过长期充放，成组后电池容量差别逐渐显现出来。也存在着部分电池，电池性能指标测试时一致，但是使用过程中，电池本质的差异暴露出来，也会影响整个电池包的容量衰减和安全。

我们不能消除差异，我们的目标是尽量缩小差异。从现实情况来说，降低电池在制造过程中的差异，除了通过改进筛选条件，就是提高制程能力，今天，我们就提高制程能力从而改善电池一致性说说该如何进行。

当然，说如何提高锂离子电池制造过程中的一致性，首先我们得了解，哪些因素会影响锂离子电池一致性。

以下我主要从这五个维度来进行阐述，很多时候，从理论上可以实现的东西，实际生产中却很难实现，可能现有设备技术水平不够、可能管理不当、错误的操作都会造成差别，并且，各类原因交错复杂，要提高电池的一致性，还有很长的很艰难的路要走。

一、容量一致性

1 卷芯重量对容量影响

我曾经做过一个实验，首先需要对卷芯重量分布有一个大致的了解，各选取A、B卷芯200只，称重（0.01g）并得出分布。其次进行卷芯重量的验证，步骤如下：

（1） 于二工段X-RAY之后各取A、B卷芯200只；

（2） 对所取400个卷芯称重，并按照重量从大到小排序；

（3） 对称重后的卷芯按照重量相近合芯，并在盖板上用记号笔做好相应标记，记录卷芯条码，使编号与卷芯重量相匹配；

（4） 同装在一个周转车和托盘，流到分容后；

（5） 对卷芯重量、分容容量数据的收集与分析。

结论显而易见，卷芯重的，容量高一些，然后我们对卷芯重的电池，进行拆解，记录了涂布宽度，分切宽度、极片对齐度、查询了面密度等数据，发现哪怕一个毫米的涂布宽度，都会影响3%-5%的容量，故而，这一块要提升的主要是涂布面密度控制，根据设备精度来定，最好增加纠偏装置，AB面对齐度提升；控制激光切分切宽度，需定期对激光切分切宽度进行校正。

2 温度变化对容量的影响

先用一组图来说明吧。

由图可知，做温度（分容）与容量相关性分析，可决系数较高，存在着较大的相关性，可认为温度较高，定出来的容量偏大。那么你可能就要问了，分容室不就在一个房间里，有着统一的中央空调，为什么温度不同。其实，现在很多厂家在区域有限的条件下，为了扩大产能，采用多层化成和分容，层与层之间的温度差，5℃以上，定出来的容量石油差别的。此外，为了提高效率，多采用堆垛机运输电池，则靠近堆垛机处，温度偏低一些，容量偏低一些。要改进温度的影响，我个人的想法是从两个方向入手。一是，严格控制房间温度，特别是对电源处温度的控制，及时散热，采用上冷下热，进行循环；二是，不可避免情况下，通过测试，计算出层与层之间的温度差系数，定出来的容量乘以系数的方式定容。

3 注入电解液量与容量关系

对于电解液对容量的影响，我们也做了相应的实验:

（1） 于二工段X-RAY之后各取A、B卷芯65只；

（2） 对所取130个卷芯称重，并按照重量从大到小排序；

（3） 筛选卷芯重量，使得筛选的卷芯重量都在一定范围内，即所有卷芯重量大体相等；

（4） 对筛选出的卷芯合芯，并记录下卷芯条码；

（5） 同装在一个周转车和托盘一直到分容后，期间对电池对应的注液量数据进行搜集；

（6） 对注液量、分容容量数据整合分析。

经过测试我们发现，注液量多一些的电池，容量会偏高一些，这个很好解释，电解液多了一点，便于锂离子的游动，利于放电。但现在企业多采用高精度的注液泵，且前后进行称重，故而这一块的一致性较好。

二、内阻一致性

电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。产线上一般采用交流阻抗，快捷方便，存在一定误差。直流阻抗误差较小，但可能会对电池造成损伤。

1 温度对内阻的影响分析

为了验证温度对内阻的影响，我们做了以下实验：

（1） 于OCV3测试结束后，挑选150只电池；

（2） 一盘放置于ocv3常温处，一盘放置于温度控制处23±2℃；

（3） 分别搁置五天，进行电压，内阻测试；

（4） 对该电池ocv3及之前的数据、测试数据进行收集与分析。

经过测试我们发现，温度低的电池，内阻偏高一些，可以通过控制分容和测试时候的环境一致性，来提高电池测试结果的一致性。

2 焊接状况对内阻的影响

对于这一类，我们筛选了大量的内阻较大的电池并进行拆解，发现要么是盖板焊接处有点问题，要么是极耳焊接不良。故而这一块的优化改进，需优化极耳焊接和激光焊接的质量。

三 电压一致性

我们对大批量电池进行电压测试，发现和容量对其影响较大，故而不在赘述，主要是温度、容量，但是这里有一个另外的原因需要注意，那就是自放电K值，电池搁置过程中，会发生自放电，且自放电率不一致，会导致最终的电压不一致，自放电又多是由于衬料固有、粉尘等原因造成的。

四 重量一致性

1 卷芯重量

结合电芯重量对容量的影响，考察卷芯重量分布，进一步探讨卷芯重量差异原因。得出卷芯重量的影响因素占据了60%的组分，改善方式通卷芯重量对容量的影响。

2 电解液注入量

结合注入电解液对容量的影响，同时可筛选部分批次电池注液量数据，分析注液量的波动对注液量影响的贡献率。

3 盖板和壳体重量

（1） 于二工段处挑选盖板和铝壳各1000只;

（2） 分别对盖板和铝壳称重并记录；

（3） 数据搜集和整理，得出盖板和铝壳重量分布，进而分析是否对电池重量影响较大。

极片重量的影响约在60%，电解液的影响约在10%左右，盖板偏差±0.5g，铝壳偏差±0.3g,测量还存在约10%的误差，除了改善卷芯重量，校准仪器，需加强来料的控制，根本上，还是提高供应商的制造能力。

五 厚度一致性

我们先对电池厚度趋势进行了解，做了如下测试：

1 电池搁置的厚度分布趋势

（1） 挑选一盘最新批次的分容结束后的电池，并放置于ocv3处

（2） 记录相应条码，并进行厚度日常测量2个月；

（3） 对电芯对应数据（容量，电压，内阻）以及测试厚度数据结合分析，得出电池厚度分布和趋势。

我们观察到了一个奇怪的现象，厚度随着时间的推移，有所增长。后来我们增加了观测时间，发现到后期，厚度趋于稳定。这个多与材料内部的物理化学性能有关。且需要注意测试时候的环境温度和时间。

2 铝壳的厚度分布

仅针对铝壳，我们进行了测量，铝壳控制好偏差的情况，对电芯厚度影响不大。

（1） 于二工段处选取铝壳1000只；

（2） 对铝壳厚度进行测量并记录；

（3） 得出铝壳厚度分布。

3 厚度测试仪精度及测量误差分析

我们对测量设备的精度进行了验证，发现两种方式，均存在一定的测量误差，夹板式需控制好压力，激光式需表面清洁。故而这一块可采用两者结合的方式，取一个最合适的值。

以上我主要从五个角度阐述了影响电池制造过程的一致性的因素及如何提高，希望能帮助到你。