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从单体电池到电池包，锂电池是如何组装成电池系统的？锂电池基本工作原理和工艺介绍

发布者：【浩博电池资讯】   发布时间：   点击量：1239

      哈喽！大家好，这里是能源谷物语，今天想给大家分享的是锂电池的基本工作原理以及从单体电池一步步组装成电池包的工艺介绍，让大家对动力电池生产过程有一定的认识。

文章主要分以下三个部分进行介绍

1.锂电池基本工作原理
2.单体制程工艺
3.电池系统制程工艺
现在我们来介绍下第一点

  1. 锂电池基本工作原理


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我们最常见的可能就是这种方形铝壳的电池，当然还有圆柱的。以方壳为例，基本构造如下图

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几个比较关键的组成部分有，正极、负极、隔膜、电解质以及外壳组成。
（1）正极：活性物质一般为锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂，磷酸铁锂等材料。导电极流体通常使用电解铝箔。
（2）负极：活性物质主要为石墨或近似石墨结构的碳，导电集流体使用电解铜箔。
（3）隔膜：一种经特殊成型的高分子薄膜，具有微孔结构，允许锂离子通过而阻止电子通过。
（4）电解质：一般为溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，或凝胶状电解液（用于聚合物锂离子电池）。
（5）外壳：保护电池内部结构，常见的材料包括钢壳、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）和铝塑膜（软包装）。
无论方壳还是圆柱，工作原理都是相同的，如下图。

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锂电池充放电过程中会发生一系列的化学反应，简单地说，充电就是锂电池从正极材料脱嵌，嵌入到负极石墨中，放电方向则相反。每一次充放电，锂离子就会通过中间的隔膜，来回穿梭脱嵌，因此锂电池也被称为摇椅电池。

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我们可以把锂离子电池想象为一个储能装置，当外部电源输入充电的时候，在外界电场的作用下，锂离子受电场力正极脱出嵌入负极，进行储能，电池充满后，回路接入负载，嵌入在负极材料中的锂离子受到电场力的作用而脱嵌，再次进入电解质，锂离子在电解质中迁移时，电子从负极通过外部电路流向正极，形成放电电流，从而实现为外部设备供电的目的。
当然，锂电池的原理往深处说其实很复杂，涉及电化学，材料学等多学科的交叉知识，我们这边简要了解就行，大家有兴趣的可以看看电化学原理等进一步学习。

2.单体电池制程工艺

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以卷绕工艺为例，上图给出的是一个单体半电芯的制造过程，左右两边可以认为是对称同步进行的，最终合并到一起卷绕成一个半电芯。
以正极侧为例，首先将正极材料、导电剂，粘结剂、溶剂等进行混合后均匀地涂抹在极片上，然后将极片进行辊压，增加活性物质的和集流体的结合强度，降低体积，随后对极片和极耳按一定尺寸进行裁切，以便卷绕为一个半电芯。

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最终将卷绕完的两个半电芯再进行合并，焊接，注入电解液，化成充放电（可以理解为激活）。有人会问为啥不直接卷绕为一个呢，其实这里面也是有讲究的，主要是直接卷绕为一个电芯的话太厚，热压可能压实不均，导致颗粒受力不均，甚至影响后续焊接，所以目前主流会采用两个半电芯入壳。
化成完之后电芯再进行一系列的测试，最终将合格品送到集成，有些工艺后续会接着包蓝膜，而有些会在集成进行包膜。

3.集成制程工艺

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上图展示的是电芯到模组的方案制造工艺，首先对电芯按一定标准进行分选测试，随后将符合要求的电芯进行清洗涂胶，再进行堆叠，压紧，焊接导电排，最终再进行测试。合格便可出厂。
当然，如果是PACK出货的话，常规制程工艺大致如下：

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集成的工序比较好理解，可以认为有一个PACK箱体，来料之后进行箱体和结构件的检测和安装后，对箱体进行涂胶，随后便可以将模组或者电芯直接入箱，入箱后再进行导电排和线束安装，螺栓紧固，最后再进行一些性能尺寸检测便可出厂了。


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