方形锂离子电池的型号与尺寸（铝壳方型锂离子电池厚度分析）
方形锂离子电池的型号与尺寸（铝壳方型锂离子电池厚度分析）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。水分对电池厚度影响
目录
Ø概况
Ø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。
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
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 →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
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。
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
实验结论
由数据分析对比可以得出以下几点结论
Ø电池内部水分含量随周转时间延长而增加
Ø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
Ø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
Ø水分含量越高电池分选后厚度均值越大且散布也越大
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：
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：
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）
二、水分测试实验
2、水分烘干实验
将实验1中已经充分吸水的正极片、负极片、隔膜在相同的烘干参数下进行烘干（90 ℃ 、12h、-95KPa）测试烘干完成后水分含量
3、不同水分含量电池循环后厚度
在极组厚度、注液量、卷绕张力、预充电流等条件均相同的情况下，分3组每组10只，分别在不同湿度条件下将极组放置2h ，使电池内部水分含量不同，此3组电池做0.5C充放循环100次 对比电池厚度差异。
随着电池内部水分含量的增加，电池分容后及100次循环后的厚度均增加，且增加的幅度也变大。
方型电池极组入壳之前需要对极组进行热压处理，主要目的为：
1、控制极组厚度在目标范围内，降低极组入壳阻力，避免极组在入壳过程造成损伤，保证电池安全
2、极组整形 ，保证极组的平整性 ，降低极组充放电过程形变引起的厚度问题
3、使电池正极、隔膜、负极接触更为紧密，降低内阻，避免由于接触不良导致的析锂、死区等问题
极组热压涉及相关参数有
1、热压时间 ------效率相关
2、热压温度------电池性能、安全相关（温度过高隔膜收缩、闭孔）
3、热压压力------电池性能、安全相关（压力过大造成隔膜微观变形、闭孔）
基于极组热压的目的及参数设置不当可能会引起的电池性能及安全问题 ，对极组热压过程要投入足够的重视，需要科学的设定各相关参数的最佳范围以及确定三个参数对极组热压效果的影响程度。
极组测厚仪测量系统分析
为确保实验过程所得数据的准确性 ，实验开始前对所有测量仪器进行Gage R&R
结论
此次厚度不良电池在分析过程中存在的问题有
1、水分超标
2、欧姆内阻大
3、负极片及隔膜表面析锂
4、负极片褶皱变形
根据前面对影响电池厚度因素的分析 此型号在厚度改善方面需要重点关注
1、极组周转及电池烘干
2、卷绕张力控制
