對于大容量電池，通常有數千個電池串聯(lián)使用，每個電池單元的規(guī)格一致、性能良好、穩(wěn)定性決定了整個電池組的容量、循環(huán)壽命性能和安全性是否優(yōu)秀，因此對電池單元的一致性要求很高。

鋰離子電池組制造商需要從生產工藝入手，研究主要工藝及其生產設備對電池一致性的影響。本文分析了影響鋰離子電池一致性的因素及七項改進措施。

 

鋰電池不一致的缺點

電池性能的差異主要體現(xiàn)在電池容量、內阻、電壓等方面。；電池組化后，在充電過程中，小容量的電池會先充滿電，大容量的電池繼續(xù)充電，這會導致小容量電池被過度充電；

在過充電過程中，鋰離子會在石墨負極表面析出樹枝狀鋰。長期過度充電可能導致金屬鋰從石墨表面垂直生長并刺穿隔膜，導致電池短路甚至起火爆炸；

在放電過程中，容量較小的電池會首先完全放電，但其他電池此時尚未完全放電。如果你想讓所有的電池都釋放剩余的電量，那么低容量的電池不可避免地會過度放電，長期過度放電會影響整個模塊的使用壽命。

 

 

同樣，在串并聯(lián)電路中，單電池內阻的差異也會反映出一些電池在充放電過程中充電快、發(fā)熱量大、放電速率不同的問題。最終會導致電池模塊的容量衰減、壽命衰減甚至安全問題。因此，有必要研究影響鋰離子電池一致性的相關因素以及相應的改進措施。

 

影響鋰電池一致性的主要因素

鋰離子電池的制造過程很復雜，工藝很多；這些工藝可分為三個部分：極片生產、電池單元生產和電池組裝。在了解影響鋰電池一致性的因素之前，有必要首先了解鋰離子電池的制造過程。

每一個制造過程都會對鋰電池的一致性產生影響。其中，攪拌、涂裝、軋制等生產環(huán)節(jié)難以控制，最容易產生偏差。成品電池的性能存在差異，這對一致性有很大影響。

 

混合

混合，包括配料和攪拌，是影響鋰電池性能的最關鍵的過程之一。由于材料的選擇、設計、加工、合理的配比和混合工藝對成品的性能至關重要，一些制造商認為，在整個生產過程中，它們對電池質量的影響大于30%。

根據固體含量、活性材料、導電劑和粘合劑的比例計算每種材料的實際用量，然后按去離子水、粘合劑、導電劑、活性材料的順序加入。在真空條件下混合和攪拌一定時間后，分散體是均勻的，沒有氣泡產生，并且在調節(jié)到合適的粘度后進行涂布。

 

 

涂層

在涂層過程中：

1） 如果溫度過高，很容易導致極片開裂，如果溫度較低，極片不會完全干燥；

2） 表面密度小，無法達到電池的標稱容量，循環(huán)性能差。如果表面密度高，在浪費材料的同時，正極過多可能會形成鋰枝晶，造成安全隱患；

3） 如果涂層尺寸過小或過大，可能導致充電和放電過程不安全和短路；

4） 第二表面和第一表面之間的錯位也可能導致負電極沒有完全包圍正電極。因此，涂層工藝的質量和一致性對鋰電池性能的一致性有重大影響。

影響涂層質量的因素有很多，如：涂層頭的制造精度、設備運行的穩(wěn)定性、運動過程中動態(tài)張力的控制、干燥過程中的風量和壓力以及溫度曲線的控制。

 

滾動

軋制的目的是使活性材料和箔的結合更加致密和厚度均勻。碾壓密度的大小直接影響電池的性能和一致性：

1） 過大的壓實密度使顆粒之間的接觸過于緊密，電子導電性增強。但是，離子運動通道減少或堵塞，不利于容量發(fā)展，放電過程中極化增加，電壓下降，容量下降；

2） 壓實密度過小，顆粒間距離大，離子通道多，電解質吸收量大，有利于離子運動，但由于顆粒間接觸面積小，不利于電子傳導，放電極化增大。

簡而言之，不同壓實密度的鋰電池的初始容量、內阻和容量循環(huán)性能完全不一致，壓實密度的微小差異將導致電池性能的巨大不一致。因此，軋制必須確保極片厚度均勻，以確保壓實密度一致，生產性能一致的鋰電池。壓實密度的控制主要通過控制碾壓厚度來實現(xiàn)。

軋制設備的質量主要取決于空載輥隙、軋機剛度、軋制件入口厚度、軋制件變形阻力、軸承油膜厚度和軋輥偏心率等因素；此外，當輥在軋制機中偏心時，軋制后的電極片厚度會波動至±7μm，這將嚴重影響電池的一致性。

 

 

電池一致性改進措施

1.生產工藝尺寸

控制電池各種原材料的稠度——很好地監(jiān)測漿料的流變性和粘度，不要長時間離開漿料，以確保涂布時漿料的流變性能相同；做好涂層參數的監(jiān)測，尤其是磷酸鐵鋰漿料的監(jiān)測。由于磷酸鐵鋰顆粒細小，漿料的加工性能較差，因此在涂布過程中應注意放慢涂布機的速度；

檢測磁極片的外觀，并將有缺陷的磁極片移除；稱重桿件；比較在液體注入之前和之后電池的不良質量；注意涂料、化學成型等環(huán)節(jié)的溫濕度控制；制定各種原材料的標準，嚴格按照標準對原材料進行檢驗和儲存；

對過程進行嚴格的統(tǒng)計過程控制（SPC），以確保每個過程都在規(guī)定的公差范圍內；以確保實現(xiàn)過程能力指數，從而使其遵循生產參數的正態(tài)分布。

 

2.工藝尺寸匹配

確保電池組使用統(tǒng)一規(guī)格型號的電池，并確保電池的質量，特別是初始電壓的一致性。篩選條件為：電壓、內阻和電池形成數據；一致性評價方法有很多，最常用的有區(qū)間系數法、標準差系數法和閾值法。

結合聚類分析，利用每個檢測點在設定的時間間隔內形成的電池充放電曲線的形狀、距離和面積進行科學分類，以確定電池的一致性?；谌萘炕螂妷洪撝?，計算充放電曲線的形狀、曲線之間的距離、曲線包圍的面積等，并選擇能夠反映曲線一致性的參數進行判斷。

在充放電過程中，曲線越近，相對距離越小，曲線包圍的面積越小，組之間的差異越小，從而實現(xiàn)最佳的一致匹配。

 

3.電池電量平衡管理

從電池管理系統(tǒng)的角度，掌握電池組中單體電池不一致的發(fā)展規(guī)律，及時調整或更換極端參數的電池，確保電池組參數的不一致性不會隨著時間的推移而增加；

 

 

避免對電池過度充電，并盡量防止電池深度放電。確保電池組有良好的使用環(huán)境，盡量保證溫度恒定，減少振動，確保水、灰塵等污染電池極。同時，從能源管理和策略的角度，引入實用的電池組能源管理和均衡系統(tǒng)，制定合理的電池均衡策略，積極干預，減少電池不一致。如果你想了解BMS相關的制造商，這里有十大電池管理系統(tǒng)供應商。

 

4.電池熱管理

電池在使用過程中，內阻、電池布局等因素的差異會導致其在充放電過程中自身溫度和環(huán)境溫度的差異，從而直接導致其輸出性能的差異。

電池熱管理的作用是將電池組的工作溫度保持在電池的最佳工作溫度范圍內，以確保電池之間溫度條件的一致性，從而確保電池工作參數的一致性。

 

5.控制策略

在能量管理方面，當允許輸出功率時，應將電池放電深度降至最低。鋰離子電池在深度放電條件下變得不那么穩(wěn)定，并且電池組的壽命降低。盡量防止電池深度放電，同時避免對電池過度充電。

配備均衡電路的系統(tǒng)可以防止單個電池過度充電，適當降低充電結束電壓，并延長電池組的循環(huán)壽命。

 

6.設備

通過選擇高自動化、高精度、高穩(wěn)定性和智能化的設備，確保單個電芯的一致性，減少不同電芯之間的差異和人為因素的影響。例如：在自動進漿系統(tǒng)中，需要注意防止儲罐中的漿液分層，監(jiān)測過渡筒中的漿液液位，螺桿泵的穩(wěn)定性，以及過濾罐堵塞是否及時清理等。

 

 

選用高精度涂布頭、運行穩(wěn)定、動態(tài)張力控制、干燥風量、氣壓、溫度曲線控制優(yōu)秀的涂布設備；使用X/β射線在線監(jiān)測涂層表面的密度，測量極片表面的溫度，并在線監(jiān)測流量、粘度和溫度。

 

7.其他

在日常使用和維護過程中，對測量中容量較低的電池單獨充電進行維護，以恢復其性能；定期用小電流對電池組充電進行維護，以促進電池組自身的平衡和性能恢復；

在使用環(huán)境方面，為了確保電池組有一個良好的使用環(huán)境和一致的條件，這需要電池管理系統(tǒng)和車輛控制器來實現(xiàn)。

 

結論

鋰電池的一致性對電池產品的容量合規(guī)性、循環(huán)壽命甚至安全問題都有非常重要的影響；一致性問題受到多種因素的影響，這些因素具有傳遞性和累積性。盡管不能完全消除不一致性，

但可以從生產工藝尺寸、裝配工藝尺寸、電池平衡管理、熱管理、控制策略、生產設備等方面進行改進。電池生產設備對電池產品制造質量起著決定性作用。質量要求越高、一致性要求越嚴格、電池安全性越高，生產設備就越重要。

主要的鋰離子生產商只能通過不斷的設備技術創(chuàng)新來推動電池行業(yè)的發(fā)展，這體現(xiàn)在微觀層面的設備承載技術和質量，技術和質量引領設備的方向。