常见的18650锂电池分为锂离子电池、磷酸铁锂电池。锂离子电池电压为标称电压为3.7v,充电截止电压为4.2v,磷酸铁锂电池标称电压为3.2V,充电截止电压为3.6v,容量通常为1200mAh-3350mAh,常见容量是2200mAh-2600mAh。
18650锂电芯的工艺生产流程
18650型锂电是电子产品中比较常用的锂电池,常在笔记本电脑的电池中作为电芯使用。其型号的定义法则为:如18650型,即指电池的直径为18mm,长度为65mm,圆柱体型的电池。
18650锂电芯的生产过程一:涂布
首先从涂布工艺了解起,这道工序中可以看到大卷的铜箔(黄色)和铝箔(银色)。铝箔,是用来涂布镍钴锰NCM三元材料;反之,铜箔是用来涂布负极活性材料石墨;其中白色的为隔膜。全球锂电池隔膜主要被Asahi、Celgard、SK、toray、W-SCOP等厂商占据,这些国外企业把持了近70%的市场份额。而中国隔膜企业所占的市场份额约30%,锂电池隔膜自主国产化正在不断突破。电芯的容量,是根据这些配方的调配比例面积得来。
一整卷涂布完成的正负极材料宽约126mm,接下来还需要裁剪成宽度约18mm的7小卷,每卷都会均匀分成若干段,每一段代表一颗电芯所需的用料。据电芯厂工程师徐工介绍,目前三元正极材料每吨售价为12万元,每吨材料可以用于生产5万只电芯;当前电芯产能日均50万只,需要用到10吨三元正极材料,光这一项开支每日就需要60万元。
自动化的机器将每段打上镍带和绝缘耐高温的麦拉片(Mylar),下一步进行5个级别的称重,分别是偏重、A1、A2、A3、偏轻。这个跟CPU晶圆挑选一样,同一批切割工艺,也会出现不同体质,根据不同体质再分出对应容量,配对出货。
18650锂电芯的生产过程二:组装
分类好的正极和负极,将在这里完成全自动卷包,白色的材质是隔膜。18650锂电芯这样还不能正常工作,需要加入电解液作为媒介,让正负极发生化学反应,锂离子才能够在正负极之间迁移,产生电荷离子输出能量锂电池才能进行充放电。自动化卷包好后直接滚落在了流水线上,进入下一个组装步骤装入钢壳。
钢壳是一体冲压成型,厚度不足1mm,因此对钢材强度质量要求很高,这家18650锂电芯厂选用的是进口韩钢材料。
这一步将负极极耳与钢壳底部通过点焊的方式连接。确保了点焊精度和产品质量。点焊机无法焊接钢壳底部,组装小妹的手中有一个铜钉,先从预留的小洞插入底部,然后放入点焊机,咔嚓一下,负极就打好镍带与钢壳底部连接好了。
电解液在密封箱充满惰性气体氩气的手套箱中内注入,密封箱手套内氧气浓度必须低于10ppm,防止电极氧化。电解液氩气通过循环净化装置输入密封箱,装置里头有催化剂和还原剂氢气,通过氢氧反应生成水可以把氧气除去。同时,装置中的干燥剂吸收水分,保证箱内气氛的干燥。
注入电解液后的电芯,已经通过激光焊接将盖帽与钢壳连为一体。一排排整齐有序的堆放着,整装待发。一只新的18650锂电芯就这样诞生了。每一只电芯都需要穿上按容量分类的“新衣服”PVC套管。不同的容量对应了不同的PVC封套。
18650锂电芯的生产过程三:首次充电和测试
18650锂电芯在注入电解液后,实际上还没有存上电,而且此时正负极表面的状态也没有达到稳定,必须通过首次充电才能够正常使用,这种首次充电称之为“化成”。首次充电时需要充入额外的电量,用来在电极表面产生保护膜,这层保护膜正是锂离子电池低自放电的奥秘所在。同时,保护膜的性质也影响电池的性能和寿命。因此,化成工艺十分重要。化成采用分容柜完成。
电芯是化学品,为了保障使用安全和寿命,在出厂前需要做好配对按盒分装,每盒200只。确保三个一致性:容量一致、内阻一致、电压一致。如此方能正常出厂,否则把被打入冷宫,沦为B级、C级电芯。
18650锂电芯的内部构造
锂电芯正极
18650锂电池外部由金属外壳包裹,破坏外壳就能看到里面电芯
锂电芯的负极
电芯负极和正极一样都有蓝色的塑料绝缘垫片
将其拆开我们发现,圆柱型的18650电芯使用全金属外壳包裹,可以对内部物质起到很好的保护,而且能很好的防止出现漏液发生。
电芯内部,薄膜浸泡电解液
18650锂电芯内部为一卷薄膜,电芯两端分别设计正负极,内部薄膜是一种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜采用微孔结构设计,可以使得锂离子自由穿梭其中。
如何判断18650锂电芯质量好坏?
1、用万用表直流档大于电池额定电压的档位测试。例如:测试干电池9V,1.5V用DC10V,DC2V档测试。
2、按锂电池额定电压选择档位后,用表笔分别接电池正负极。当测试电压大于等于电池标注的额定电压时。电池完好。当测试电压低于额定电压10%时,电池可以在放电深度小的用电器上使用。
3、需提醒,充电电池电压一般比同类电池低15%-25%,例5#电池电压为1.5V,而充电电池一般只有1.2-1.3V,所以,应认真确认电池标注的额定值。
现在3.7V的18650锂电芯一般循环寿命可达500~1000次左右,3.2V的18650一般寿命可达2000以上,当然前提是正规厂商生产的合格电池,如果是次品或假冒电池,寿命将会很短。