锂电吧 关注:4,003贴子:6,941
  • 14回复贴,共1

揭秘18650锂电芯诞生全过程(图)

只看楼主收藏回复

  18650是目前最常见的锂电封装方式,无论是当下最流行的三元材料,还是国家力推的磷酸铁锂,以及尚未普及的钛酸锂,均有18650的规格。18650型电芯,采用Cylindrical圆柱形封装方式,这种电芯直径18mm,长度65mm,广泛应用于充电宝、电动车、笔记本、强光手电筒等领域,这类封装的好处是规格统一,方便自动化、规模化生产,具有机械强度高、耐冲击性强、良品率高等特点;此外还有Prismatic方形软包封装,常见于手机和平板电脑,这类封装最直接的好处是轻薄,体积小,便携。
  在笔记本电脑时代,18650电芯还只是数码产品的幕后英雄。随着智能手机和平板等智能设备的普及,移动电源成为了人们出行必不可少的装备,18650也得以开始从幕后走向前台,被大众所熟知。那么,看似简单的18650电芯是如何诞生?它有什么秘密呢?接下来,让我们一起去探索它的诞生过程。近日笔者有幸进入东莞一家电芯厂拜访学习,将从涂布、组装、测试三方面图文并茂,为大家介绍18650电芯的诞生过程。
  电芯的生产过程一:涂布

  进入生产车间之前,需要戴上口罩和鞋套,避免吸入粉尘和产生静电。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。
查看更多内容:http://libattery.ofweek.com/2014-12/ART-36003-8110-28908112.html


1楼2014-12-02 11:32回复
      电芯的生产过程二:组装

      这家电芯厂分为三栋楼,其中一栋三层是生产线,另外两栋是办公室和宿舍。生产线一楼涂布、二楼组装、三楼测试。参观完一楼后,进入二楼的组装环节。

      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。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,这家电芯厂选用的是进口韩钢材料。


    2楼2014-12-02 11:32
    回复
      2025-05-14 18:58:47
      广告
        电芯的生产过程三:首次充电和测试
        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。
        第一个测试,容量。为了确保容量测试的准确性,该厂采购了行业领先的贝尔全自动分容柜,满足每日上万只的分容需求。新诞生的电芯,需要做5个循环老化测试,把不能工作或者容量有偏差的挑选出来。依据国家标准GB/T18287-2013《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》,按照0.2C充放电测试。以合适的电流充电至4.20V截止(高压版本需要充到4.30V或4.35V),静置一段时间(15min以上)使电池温度接近室温且电池内极化基本消散。测试采用0.2C放电至2.75V终止电压,达到所标注的容量,才算合格。这里的C是一个倍率单位,以2600mAh电芯放电为例,0.2C则为520mA放电。
        第二个测试,内阻。现在电芯厂都配有内阻自动筛选机器,可流水线筛选。18650三元材料,内阻在70毫欧以内,都算合格品;低于30毫欧的算是特挑极品了。如果是磷酸铁锂或者钛酸锂,内阻能做到20毫欧以内。
        第三个测试,电压。同一装箱里面的电芯电压3.7V±0.05,方便多节并联或者串联使用下,整箱抽出使用。每一箱的电芯都做过三个一致性配对,因此不推荐跨箱使用,这也是国际上通用的方法。
        除了一致性测试,每一个批次的电芯还需要抽查完成撞击、震动、穿刺等数十项破坏性测试,杜绝隐患,确保每一个批次品质最佳。
        在此次工厂拜访学习即将结束时,为了能近距离的了解电芯的安全结构,笔者将剖析一支全新的18650电芯,一探内部究竟。18650电芯在内部硬件设计有两重保护,分别是CID(Current Interrupt Device)泄压安全阀和PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏电阻。其中安全阀是每一颗18650电芯的标配,也是最重要的一道防爆屏障,没有之一。


      4楼2014-12-02 11:33
      回复
          既然18650电芯本身是如此安全,为何移动电源起火事故依然不算罕见呢?奥秘就在移动电源本身。移动电源的外壳等组件往往常用到塑料。塑料本身是易燃物,遇到高温可以自燃。合格移动电源的USB输出有短路保护,所以当输出被短路时不会有大电流通过。但是移动电源内部还有从18650到电路板的镍片或者导线等连接。若是这部分不幸短路了,那么输出短路保护是完全无能为力的。而18650电芯本身的PTC只是在电池本身过热之前能够切断电池的电流,由于电池的热容量很可观,升温没有那么快,或许在导线、镍片都烧红的情况下,电池还没有热到切断输出。这样烧红的镍片和外壳的塑料接触,发生火灾也就在所难免了。
          合格的移动电源往往对18650到电路板的导体进行多重绝缘,且所用的绝缘体是耐高温300度的高温聚酰亚胺胶带(麦拉片)和阻燃的青稞纸。同时这段导体有适当的固定设计,防止机械冲击下导体移动或变形。从而最大限度的保证短路不会发生。但是山寨移动电源就随意的多,要么没有绝缘,要么就是绝缘不充分。特别是18650头部,由于此处有裸露的负极和绝缘外皮包裹的负极。同时正极镍片也经过这里,若是不额外增加绝缘保护,正极镍片边缘一旦划破外皮,就会立即造成短路。而山寨移动电源往往内部电池固定不好,电池晃来晃去,镍片也弯来弯去的,这种概率更大了。
          到此,一只18650电芯的诞生过程介绍完毕,随着工厂门口等待装箱的货车,他们将运往全国各地。即将开启一段新的奇幻之旅,化作充电宝来到你的手中。


        5楼2014-12-02 11:33
        回复
          不错,很详细哦


          6楼2014-12-05 16:32
          回复
            很详细


            7楼2014-12-08 17:06
            回复
              移动电源的材料和做工是个硬伤


              8楼2014-12-16 17:03
              回复
                这块的生产是否有小型机器呢?


                来自iPhone客户端9楼2015-01-04 20:20
                回复
                  2025-05-14 18:52:47
                  广告
                  这是一篇难得一见的好文章。


                  IP属地:辽宁本楼含有高级字体13楼2018-05-24 07:27
                  回复
                    他们注液好麻烦


                    来自Android客户端14楼2018-05-28 12:17
                    回复
                      怎么没有焊接盖帽?


                      IP属地:广东15楼2018-11-10 13:47
                      回复
                        严格的慢小电流充电.才是电瓶寿命的关键。电池是电动车中最贵的、也是寿命最短的配件。充电器多花10元的成本,就可以让几百元的电池寿命延长一倍以上。可悲的是,行业里的绝大多数厂家选择充电器的标准是价格。
                        需要电池充电器的可以联系我,


                        16楼2018-11-14 11:01
                        回复
                          😅


                          IP属地:山东来自Android客户端18楼2021-03-03 17:16
                          回复
                            锂电第一步是配料。配料从打胶开始,将粘结剂和溶剂放入搅拌锅中搅拌,打好胶后加入CNT、Super.p、科琴黑等导电剂和主材,最后调节粘度好了之后才能涂布


                            IP属地:山东来自Android客户端19楼2021-03-03 17:19
                            回复
                              2025-05-14 18:46:47
                              广告
                              第二步涂布之后是第三步辊压,将涂好的电池极片辊压


                              IP属地:山东来自Android客户端20楼2021-03-03 17:21
                              回复