鋰離子電池疊片工藝短路現象的分析

摘要：鋰離子電池作為當代電子產品中不可或缺的能源供應設備，其性能的穩定性和安全性一直是業界關注的重點。在鋰離子電池的生產過程中，疊片工藝是其中的關鍵步驟之一，其質量的好壞直接影響電池的性能和安全性。然而，在疊片工藝中，短路現象是一個常見的問題，它不僅可能導致電池的性能下降，還可能引發嚴重的安全事故，因此，對鋰離子電池疊片工藝短路現象的分析和研究具有重要的現實意義。鋰離子電池疊片工藝中的短路問題是一個復雜的工程問題，需要從多個維度進行分析和解決。

關鍵詞：鋰離子電池疊片工藝短路現象電極片制備

Analysisofshort-CircuitPhenomenoninLithium-IonBatteryLaminationProcess

HUANGXinWANGFangSUNFajiong

ZhuhaiZhiliBatteryCo.，Ltd.，Zhuhai，Guangdong Province，519002China

Abstract：Lithium-ionbattery，asanindispensableenergysupplyequipmentinmodernelectronicproducts，thestabilityandsafetyofitsperformancehasbeenthefocusoftheindustry.Intheproductionprocessoflithium-ionbattery，laminationprocessisoneofthekeysteps，itsqualitydirectlyaffectstheperformanceandsafetyofthebattery.However，short-circuitphenomenonisacommonprobleminlaminationprocess，whichmaynotonlyleadtodegradationofbatteryperformance，butalsoleadtoserioussafetyaccidents.Therefore，theanalysisandresearchontheshort-circuitphenomenonofthelithium-ionbatterylaminationprocessisofgreatpracticalsignificance.Theshort-circuitprobleminthelithium-ionbatteryprocessisacomplexengineeringproblemthatneedstobeanalyzedandsolvedfrommultipledimensions.

KeyWords：Lithium-ionbattery;Laminationprocess;Short-circuitphenomenon;Electrodepreparation

隨著科技的飛速進步，鋰離子電池因其高能量密度、長壽命、無記憶效應等優點已被廣泛應用于電動汽車、智能手機、筆記本電腦等電子產品中。在鋰離子電池的生產過程中，疊片工藝是一個至關重要的環節，其質量的好壞直接影響電池的性能和安全性。鋰離子電池疊片工藝是將正負極材料、隔膜等組件按照特定的順序和方式堆疊在一起，形成電池內部結構的過程。近年來，隨著鋰離子電池市場的不斷擴大，對電池性能和安全性的要求也越來越高，因此，對鋰離子電池疊片工藝的研究和優化顯得尤為重要。短路現象的產生與多種因素有關，如材料、設備、工藝等，因此，在實際生產過程中，需要綜合考慮各種因素，采取多種措施來預防和控制短路現象的發生。

1鋰離子電池疊片工藝的概述

鋰離子電池的疊片工藝是電池制造中的一項關鍵技術，其主要包括電極片制備、隔膜預處理、疊片組裝、涂覆電解質、熱壓封裝、裁切成型等步驟。（1）在電極片制備階段，正極和負極材料經過精細的混合、涂布和干燥等工藝形成具有一定厚度和均勻性的電極片，這些電極片是電池能量的儲存和釋放的關鍵部分[1]。（2）隔膜作為電池內部的隔離層，它的性能直接影響電池的安全性和性能。隔膜需要經過一系列的物理和化學處理以提高其機械強度、化學穩定性和離子通透性。（3）疊片組裝是疊片工藝的核心環節，也是整個電池制造過程中最為精細和復雜的一步。在無塵室環境下，工人將正負極電極片和隔膜按照一定的堆疊順序精確地疊放在一起，形成電芯的結構。每一層的電極片和隔膜都需要精確地對齊，以確保電池內部的電流和離子能夠順暢地流動。完成疊片組裝后，電芯會被送入涂覆電解質的環節。（4）電解質是電池內部離子傳輸的媒介，它的涂覆質量和均勻性直接影響電池的充放電性能和循環壽命。（5）隨后是熱壓封裝環節，電芯在熱壓機的作用下，經過高溫高壓的處理，使電解質與正負極材料充分接觸并形成良好的離子通道，同時確保電芯的密封性和穩定性。（6）最后一步是裁切成型，經過熱壓封裝后的電芯會被裁切成規定的尺寸和形狀，以適應不同應用場合的需求。

2鋰離子電池疊片工藝短路現象的原因

2.1電極片制備過程中的問題

在鋰離子電池的生產中，電極片的制備是第一步，也是至關重要的一步。如果在制備過程中出現問題，則將直接影響后續疊片工藝的質量和電池的性能[2]。（1）活性物質涂覆不均勻。電極片中的活性物質涂覆不均勻會導致電極片的電化學性能不穩定。在疊片過程中，這種不均勻性可能使電極片之間產生接觸不良或重疊，進而引發短路。（2）電極片尺寸、形狀不符合要求。電極片的尺寸和形狀需要嚴格控制，以確保在疊片過程中能夠準確、穩定地堆疊。如果電極片的尺寸或形狀不符合要求，則可能會導致堆疊過程中出現錯位或重疊，從而增加短路的風險。（3）電極片表面存在缺陷。如果電極片表面存在毛刺、凸起等缺陷，則可能會在疊片過程中刺穿隔膜，導致正負極直接接觸，形成短路。此外，這些缺陷還可能影響電極片的導電性和電化學性能。圖1所示為鋰離子電池常見失效種類。

2.2隔膜預處理和疊片組裝過程中的問題

隔膜是鋰離子電池中的重要組成部分，用于隔離正、負極，防止它們直接接觸。在隔膜預處理和疊片組裝過程中，如果出現問題，則可能導致短路[3]。（1）隔膜處理不當。如果隔膜的預處理過程不當，則可能會導致其導電性和保濕性能下降。導電性下降會使隔膜在電池內部形成不均勻的電阻分布，增加短路的風險；保濕性能下降則可能導致隔膜在電池內部收縮或變形，從而增加短路的可能性。（2）隔膜放置位置不準確。在疊片組裝過程中，隔膜的放置位置需要非常地準確。如果隔膜的放置位置不準確，則可能會導致正、負極之間的直接接觸，進而引發短路。（3）正、負極電極片堆疊順序錯誤。正、負極電極片的堆疊順序需要嚴格地按照工藝要求進行。如果堆疊順序出現錯誤，可能會導致正、負極之間的直接接觸或錯位，增加短路的風險。

2.3涂覆電解質過程中的問題

電解質是鋰離子電池中的重要組成部分，負責在正、負極之間傳輸離子。在涂覆電解質過程中，如果出現問題，則也可能導致短路[4]。（1）電解質涂覆不均勻。電解質的涂覆需要均勻且適量。如果涂覆不均勻或過多，則可能會導致電解質在電池內部形成不均勻的分布，從而增加短路的風險。（2）電解質品質不佳。如果電解質的品質不佳或與正、負極材料不兼容，則可能會導致電池內部發生化學反應或電解質分解，進而引發短路。圖2所示為疊片工藝短路現象的原因。（3）過量涂覆。過多的電解質涂覆同樣會增加電池內部的電解質含量，這可能會導致電池在充放電過程中產生過多的熱量，嚴重時也會引發短路。另外，多余的電解質可能會在電極間形成液橋，使電極間的絕緣性降低，從而增加短路的風險。

2.4熱壓封裝和裁切成型過程中的問題

熱壓封裝和裁切成型是鋰離子電池生產中的最后兩個步驟，也是影響電池性能和安全性的關鍵步驟[5]。（1）封裝壓力不均勻或溫度過高。在熱壓封裝過程中，如果封裝壓力不均勻或溫度過高，則可能會導致電芯內部的結構發生變化或損壞，從而增加短路的風險。（2）裁切精度不高或裁切工具存在缺陷。在裁切成型過程中，如果裁切精度不高或裁切工具存在缺陷，則可能會導致電芯的內部結構受損或變形，進而引發短路。為了確保鋰離子電池的安全性和可靠性，制造商應該采用先進的生產設備、嚴格的生產工藝，并實施全面的質量控制體系。

3鋰離子電池疊片工藝短路現象的影響

鋰離子電池疊片工藝中的短路現象無疑對電池的性能和安全性產生了嚴重的沖擊，短路工藝問題隨時可能引發一系列嚴重的后果。首先，短路現象會顯著地增大電池的內阻。這意味著電池在放電過程中需要克服更大的阻力，從而降低了電池的放電效率和能量密度。原本應該迅速地釋放的能量被短路所阻礙，導致電池性能下降，無法提供預期的電力輸出。其次，短路現象還會加速電池的自放電過程。自放電是指在靜止狀態下，電池內部仍會有電流流動，導致電池容量逐漸降低。而短路現象會使這一過程加劇，使電池的壽命大大縮短。這意味著用戶可能需要更頻繁地更換電池，增加了使用成本和不便。最后，短路現象可能導致電池內部產生大量的熱量和氣體。當電池內部熱量積累到一定程度時，可能會引發熱失控現象。而氣體的產生則可能導致電池外殼膨脹，甚至發生爆炸。這種安全事故對人們的生命財產安全構成了巨大的威脅。因此，必須高度重視鋰離子電池疊片工藝中的短路現象。

4短路現象的預防措施

鋰離子電池疊片工藝不僅要求各組件之間的尺寸、形狀、位置等參數精確地匹配，還需要確保電池內部的導電性和穩定性[6]。然而，在實際生產過程中，由于材料、設備、工藝等因素的影響，鋰離子電池疊片工藝中常常會出現短路現象，這不僅會導致電池性能下降，還可能引發嚴重的安全事故。通過嚴格的質量控制、預防為主的原則、持續改進的思路，以及重點關注電極片制備、隔膜處理、電解質涂覆和、熱壓封裝與裁切等關鍵環節，可以有效地降低短路現象的發生率，提高電池的性能和安全性。

4.1嚴格控制電極片制備過程的質量

嚴格控制電極片制備過程的質量對于提高鋰離子電池的整體性能和安全性至關重要。第一，活性物質涂覆均勻性控制。通過優化涂覆工藝，如使用精密涂布設備、調整涂布速度和涂布壓力等參數，確?；钚晕镔|在電極片上涂覆均勻[7]。第二，電極片尺寸、形狀控制。利用先進的激光切割、精密沖壓等技術，確保電極片的尺寸和形狀精確符合設計要求。第三，電極片表面質量檢查。采用高倍顯微鏡或掃描電子顯微鏡等設備對電極片表面進行仔細檢查，確保無毛刺、凸起等缺陷。通過上述措施?？梢杂行У乜刂齐姌O片制備過程的質量，降低電池內部短路的風險，從而提高整個鋰離子電池產品的安全性和可靠性。

4.2加強隔膜預處理和疊片組裝過程的質量控制

（1）隔膜預處理質量控制。嚴格地按照隔膜的預處理工藝進行操作，確保隔膜的導電性和保濕性能符合要求。對于預處理后的隔膜，要進行嚴格的質量檢查，確保無瑕疵。（2）疊片組裝過程監控。在疊片組裝過程中，采用先進的視覺檢測系統或機器人技術，實時地監控隔膜和電極片的放置位置和堆疊順序，確保準確無誤。（3）疊片壓力控制。通過調整疊片設備的壓力參數，確保在疊片過程中施加的壓力均勻且適中，避免對電芯內部結構造成損傷。通過這些質量控制措施，可以有效減少隔膜和電極片之間的相對運動，提高電芯的裝配質量，從而提升電池的整體性能和安全性。

4.3優化電解質的涂覆工藝和品質控制

（1）電解質涂覆工藝優化。通過改進涂覆設備、調整涂覆參數等方式，優化電解質的涂覆工藝，確保電解質在電池內部形成均勻的分布。（2）電解質品質控制。選擇優質的電解質材料，并進行嚴格的質量檢查。同時，對電解質與正、負極材料的兼容性進行測試，確保不會發生化學反應或分解。（3）電解質與電極材料的相容性測試。進行電解質與正、負極材料的相容性測試，考察電解質在不同電極材料上的電化學性能，評估電解質在電極表面上的潤濕性，確保良好的接觸和傳輸效率。對電池進行長時間的老化試驗，觀察電解質與電極材料長期接觸后的穩定性。

4.4加強熱壓封裝和裁切成型過程的質量控制

（1）熱壓封裝過程監控。在熱壓封裝過程中，采用溫度、壓力傳感器等監控設備實時地監控封裝壓力和溫度的變化情況，確保其在設定范圍內波動。（2）裁切精度控制。采用高精度的裁切設備和工具，確保裁切精度和工具質量符合要求。同時，對裁切后的電芯進行尺寸和形狀檢查，確保其符合設計要求。（2）封裝后檢查。對封裝后的電芯進行嚴格的外觀和性能檢查，確保無短路、漏液等異常情況發生。

5結論

鋰離子電池疊片工藝中的短路現象是一個復雜而重要的問題。通過對短路現象的原因分析和預防措施的探討，可以更好地理解短路現象的本質和影響因素，并采取相應的措施來預防短路現象的發生，這對于提高鋰離子電池的性能和安全性具有重要的意義。隨著科技的不斷進步和工藝的不斷優化，鋰離子電池的疊片工藝將會更加成熟和完善，為人們的生活帶來更多的便利和安全。

參考文獻

[1]封居強，蔡峰，伍龍，等.礦用鋰離子電池針刺誘導內部短路的安全特性研究[J].中國安全生產科學技術，2023，19（10）：81-87.

[2]李征泰.柔性鋰離子電池的失效分析及新型結構研究[D].成都：電子科技大學，2022.

[3]李召陽，劉定宏，趙巖巖，等.高比能量鋰離子軟包電池針刺測試的影響因素研究[J].儲能科學與技術，2024，13（1）：57-71.

[4]王磊，宋建龍，張建臣，等.鋰離子電池疊片工藝短路現象分析與研究[J].信息記錄材料，2020，21（2）：20-22.

[5]YANM，LIANGJY，ZUOTT，etal.Stabilizingpolymer-lithiuminterfaceinarechargeablesolidbattery[J].AdvancedFunctionalMaterials，2019，30（6）.1908047.1-1908047.6.

[6]趙璐璐，張玉魁，王榮，等.鋰離子電池失控機理模擬[J].有色金屬工程，2024，14（1）：23-31.

[7]劉芬，余克清，徐楊明.鋰離子電池主要生產工序及控制點[J].電池，2020，50（4）：376-379.