锂电关键设备（技术）——注液详解!

锂电联盟会长 2023-07-20 15:08

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锂电池电解液作用就是正负极之间导通离子，担当充放电的介质，就如人体的血液。如何让电解液充分而均匀的浸润到锂电池内部，成为重要的课题。注液作为锂离子电池制程中的一道关键工序，注液效果的好坏不但影响电池性能，并且也会制约生产效率，理解电解液注液润湿过程及影响因素尤为重要。

锂电池注液可分两步：

（1）注液将电解液注入电池内部；

（2）浸润将注入的电解液吸收到电芯，这个非常耗时，这样极大增加锂离子电池生产成本。

注液机经历了常压注液、负压注液、等压注液等几代的发展，工艺已经相对比较成熟。从发展历程来看，都是为了提高极片浸润速度，从而提高了生产效率。负压注液是主流的注液方式，即使是现在流行的等压注液，也是利用差压先将电解液注入电芯，再利用高压等压原理做静置循环，来增加电解液的浸润速度。

注液原理：

差压注液是先对电池抽真空，利用电芯内外压差来驱动电解液流入电芯内部。等压注液是先利用差压原理注液，之后再将注液后的电芯移至高压容器里，对容器抽负压/打正压做静置循环。

如图所示，为差压注液，原理如下：

① 抽负压打开密封杆C，关闭A、B，对注液杯和电芯抽负压至-95kPa；

② 备液打开注液口B，关闭A、C，往注液杯里备液；

③ 注液打开密封杆C，关闭A、B，由于注液杯和电芯存在压差，驱动电解液流入电芯。

如图所示为高压注液原理

① 抽真空打开A、C、E，关闭B、D，对注液杯和电芯抽真空至-95kPa；

② 备液关闭A、B、C、E，打开D，对注液杯进行备液；

③ 注液关闭A、B、C、D，打开E，由于电芯内部与注液杯存在压差，驱动电解液流入电芯内部；

④ 高/低压循环待电芯注液完后，打开A、B、C、E，关闭D，从A打入高压氮气（压力1.0MPa，相当于10个大气压，露点-40℃，纯度99.999%），由于A、B、C、E都是打开的，此时腔体、注液杯和电芯内部是相互联通的；

⑤ 正压保压20s，泄压；再抽负压，循环3-5次。

注液设备：

锂离子电池注液通常采用多工位转盘注液机注液/腔体式注液机、真空倒吸注液机注液工装注液等三种方式。由于手工注液效率低、精度低，已经逐渐趋于淘汰，这里只介绍前两种注液方式使用的设备。

手工注液工装

腔体式注液机

多工位转盘注液机由排除电池壳体内部气体的抽真空系统、精确控制注液量的电解液计量系统、输送电解液的注入通道，用于恢复常压的惰性气体（氮气／氩气）注入系统以及适宜流水作业的电池传送系统等组成，主要结构部件见

图10-17( a )。多工位转盘注液机的注液过程见图10-17( b ）和（ c )。将电池注液孔朝上放置，利用抽真空排除电池壳体内部的气体，形成负压，电池内部的压力为p :：经过计量的电解液进入注液管中，随着氮或氩气的注人，电解液在压力差 △p 的作用下自动流入电池内部，直到电池内部恢复至常压，使电解液完全进入电池壳体内部，同时防止空气及其水蒸气进入电池。多工位转盘式注液机的特点是注液量均匀一致，节省电解液，电池表面无残留电解液，并且对不同型号电池的适应性广。

5.工艺要求

1) 注液量根据不同的电芯要求，注液系数会有差异，三元体系一般取3~3.5（g/Ah）之间。比如100Ah方形铝壳电芯，注液量在300g~350g左右。

m=K*C0 式中，m,注液量，g；K,注液系数，3~3.5（g/Ah）；C0，单体电芯容量，Ah。

2) 精度控制注液量＜200g,公差±1.5g；注液量≥200g，公差＜0.6%。

6.品质管控

1）环境要求露点-40℃，温度23±3℃。如果出现露点超标，可能是人员太多，或者除湿机故障。也可能与潮湿天气有关，比如梅雨天气，环境湿度大，超出了除湿机的除湿能力。这时，可以临时增加独立除湿机柜，并控制干燥房人员数量。

2）电芯臌胀电芯臌胀要求单边不超过±0.3mm。

3）注液前一般要测烘烤后电芯水分＜200PPM，电解液水分＜20PPM，游离酸＜50PPM。

4）一次注液约为总注液量85%—90%

注液后一般采用45℃高温静置，具体根据公司的工艺水平而变动。

参考文献

基于超声波成像技术的锂离子电池电解液浸润性研究.黄锴 .华中科技大学硕士毕业论文.2019.5.16
锂离子电池的电解液浸润的研究进展.张双虎.珠海冠宇电池股份有限公司.2020.6.19

来源：锂电那些事

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