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鋰電池的直流內阻(DCIR)是衡量其性能的關鍵指標之一,它直接影響電池的充放電效率、功率輸出以及使用壽命。DCIR測試結果的準確性和穩(wěn)定性對于評估鋰電池的質量和性能非常重要。影響鋰電池DCIR測試的核心工序集中在極片制備、電芯裝配和化成老化三大環(huán)節(jié),下面將對各環(huán)節(jié)的具體關鍵工序進行詳細分析。
一、極片制備工序
(一)極片涂布
極片涂布過程中,涂布質量對DCIR有著顯著影響。涂布不均是常見問題,若活性物質局部過厚或過薄,會使電流分布不均。當電流在極片上分布不均勻時,會導致局部電阻增大,從而直接拉高DCIR。另外,涂布缺料會造成局部無活性物質,形成“虛接觸”。這種“虛接觸”就如同電路中的斷點,使得電流通過時遇到極大阻礙,顯著增大內阻,進而影響DCIR測試結果。
(二)極片輥壓
極片輥壓的程度對DCIR也有重要影響。輥壓過松時,極片孔隙率過高,活性物質與集流體接觸不緊密。這會導致電子在活性物質與集流體之間的傳輸受到阻礙,內阻偏大,使得DCIR上升。相反,若輥壓過緊,會破壞活性物質結構,堵塞離子通道。離子通道被堵塞后,離子的傳輸變得困難,同樣會使DCIR上升。
(三)極片裁切/分條
極片裁切/分條過程中,若裁切時產(chǎn)生的毛刺未清理,會引發(fā)一系列問題。毛刺可能會刺穿隔膜,導致微短路。微短路會使電池內部的電流路徑發(fā)生異常,增加電阻,使測試的DCIR異常偏大。此外,毛刺還可能導致極片與極耳接觸不良,進一步影響電流的傳輸,同樣會使DCIR異常偏大。
二、電芯裝配工序
(一)極耳焊接
極耳焊接質量是影響DCIR的重要因素。焊接虛焊、假焊會導致極耳與集流體接觸電阻劇增。虛焊和假焊使得極耳與集流體之間的連接不牢固,電流通過時會產(chǎn)生較大的接觸電阻,從而使DCIR超標。另外,焊渣殘留會造成接觸不良,這也是DCIR超標的常見原因之一。焊渣的存在會阻礙電流的正常傳輸,增加電阻,進而影響DCIR測試結果。
(二)電芯卷繞/疊片
電芯卷繞/疊片過程中的工藝控制對DCIR有顯著影響。卷繞對齊度差,如極片偏移、疊片錯位,會減少正負極活性物質的有效接觸面積。有效接觸面積減少會增加離子傳輸阻力,使得離子在電池內部的移動變得困難,從而導致DCIR上升。此外,卷繞張力不均還可能導致隔膜褶皺,隔膜褶皺會影響離子導通,進一步增加電阻,影響DCIR測試結果。
(三)注液工藝
注液工藝對DCIR的影響主要體現(xiàn)在注液量和靜置時間上。注液量不足會使電解液無法完全浸潤極片,形成“干區(qū)”。“干區(qū)”的存在使得離子在這些區(qū)域無法正常傳輸,增大內阻,導致DCIR偏高。注液后靜置時間不夠,電解液對極片的浸潤不充分,同樣會影響離子的傳輸,使DCIR偏高。
三、化成老化工序
(一)化成工藝
化成工藝參數(shù)對SEI膜的形成有重要影響,進而影響DCIR?;呻娏鬟^小或時間過短,會導致SEI膜(固體電解質界面膜)形成不完整、不致密。不完整、不致密的SEI膜在后續(xù)電池循環(huán)過程中,無法有效地保護電極材料,會使內阻持續(xù)上升。另外,化成溫度異常也會影響SEI膜質量。不同的溫度條件會影響SEI膜的組成和結構,間接改變DCIR。
(二)老化工藝
老化工藝對DCIR的影響主要體現(xiàn)在老化時間和老化環(huán)境溫度上。老化時間不足,電解液與極片未充分反應,SEI膜未穩(wěn)定。未穩(wěn)定的SEI膜會影響離子的傳輸和電池的性能,導致測試的DCIR偏高。老化環(huán)境溫度波動過大,會導致不同電芯的DCIR一致性變差。不同電芯在溫度波動的環(huán)境下,其內部的化學反應和離子傳輸情況會有所不同,從而使得DCIR的測試結果出現(xiàn)差異。
四、結論
綜上所述,影響鋰電池DCIR測試的核心工序集中在極片制備、電芯裝配和化成老化三大環(huán)節(jié)。極片制備工序中的涂布、輥壓和裁切/分條,電芯裝配工序中的極耳焊接、卷繞/疊片和注液工藝,以及化成老化工序中的化成工藝和老化工藝,每個環(huán)節(jié)的工藝控制都對DCIR有著重要影響。在鋰電池的生產(chǎn)過程中,需要嚴格控制這些關鍵工序的工藝參數(shù),以確保鋰電池的DCIR測試結果符合要求,提高鋰電池的質量和性能。同時,對于DCIR異常的情況,需要從這些核心工序入手,進行全面排查和分析,找出問題所在并及時解決。