科路得全电池制作大讲坛第七讲——分条、卷绕篇

一、讲课部分

各位晚上好！上次课主要介绍了极片的辊压工序，今天我们开始将辊压后面的工序——分条，焊接，贴胶，卷绕，这些内容都比较简单

大卷极片经过辊压之后，为了得到所需要的尺寸，我们还需要将大卷极片分切成一定宽度的极片条。目前工业化常用的设备有半自动分条机和自动分条机

为了方便分条和控制极片的长度，采用自动分条机的话，在分条之前还需要对极片进行裁片——根据极片长度尺寸把连续的极片裁成一张张大片，然后再进行分条，分条效果如上面中间的图片

自动分条机，整个过程由传动装置带动，只需要把辊压好的极片卷上机，调好分条刀之后就可以进行分条、收卷的一体化操作，不用裁片，十分方便；部分高校也做一些软包电池，由于数量少，缺乏设备的话可能直接手动用刀片切，过程是很简单，但是往往极片分切容易出现毛刺，导致电池在后期容易出现电池自放电大的问题

同时，在分条过程中，也容易出现以下的一些问题

比如分条之后，极片跑偏了，导致有些极片切废，这个主要出现在半自动分条过程中。因为半自动分条由人工控制入片，入片时极片没对齐挡板或者边缘挡板歪了，都有可能造成极片跑偏

极片边缘裁切不齐，主要是因为刀子不快了，这样会比较容易掉料所以我们要定期检查分条刀是否锋利，有无锈迹

分条打皱，主要是分条过程的张力不够导致的，所以在操作中，要控制好分条的张力。如果是半自动分条机，那就由人控制张力——在入片时要边入片边轻压极片，让极片处于绷直的状态

这里提一个现象：对于我们实验室用的手动分条设备 很容易出现分条长度方向的“S”型，就是分条的边缘不是一条直线(这个可以用直尺卡边看一下)，这样会导致卷绕不齐，严重的就会把极片弄破损了。用实验室分条设备的老师，需要特别注意下；用自动分条设备分条，不会出现这个问题；当然，分条这个工序最重要的就是控制毛刺，毛刺可能会导致电池出现内短路，甚至造成热失控等安全问题

针对毛刺问题，这里介绍常用的一个检测手段，进行CCD检测，采用显微镜放大来测量极片分条后的毛刺状态，看毛刺的位置，是平行于极片还是垂直于极片，以及毛刺的长度是多少

一般来说，都会控制毛刺的长度小于隔膜的1/2，这样即使有毛刺存在，也很难会因为毛刺刺破隔膜而导致内短路

这里分条之后接着就会做焊接的动作，一般正极铝箔采用铝转镍极耳，负极铜箔采用镍极耳，通过超声波焊接机焊接在一起

这个工序要避免两个问题，一个是过焊，一个是虚焊。简单说过焊就是一个是焊过了，把箔材都焊穿了，从而导致焊接强度不够，在后面的工序中，容易出现箔材连同极耳一起脱落的情况；另外就是虚焊，也就是焊接强度不够，导致没有有效的焊接上，焊接内阻比较大，同时，极耳也容易出现脱落

焊接完成之后，将会进行贴胶工序，但这个胶带是特殊的胶带，需要扛得住电解液浸泡。这里有说到专用胶，其实是想告诉大家这里面的胶跟一般的胶带有差异：一是里面不会有可溶于电解液的其他组份，二是这种绿胶在电解液浸泡之后还能有粘性

贴胶主要有几个目的，一个是焊接后的位置需要贴胶，因为焊接处往往焊印比较深，且表面粗糙，在后续的整形过程中，有可能导致刺破隔膜，而产生短路，此外，极片料区的边缘都会贴上绿胶从而防止掉料。当然，有时候也会用这个绿胶来控制长度方向上的涂料区，保证卷绕时overhang的足够

左图这个就是料区贴胶的正确方式。仔细看可以看到，右边的胶没有把涂料区和箔材区分界面全部覆盖，这是不够规范的

这是一个卷绕的整体情况，卷绕出来后我们称为裸电芯。其实就是将极片通过卷针，卷成一定宽度的裸电芯

这里主要注意控制覆盖区域，一般是隔膜要完全覆盖住负极极片，不管是宽度还是长度上，而负极要全部覆盖住正极极片。这样才能有效保证正极过来的锂离子可以被负极全部接收，才不会出现析锂的情况，最终导致安全隐患

卷绕前我们要做一些极片的检查，一般出现类似下面这样的外观极片，都会判为不合格，比如极片破损，负极极片掉料等问题，这些都是有安全风险的，需要把极片挑出来

这几个都是比较容易遇到的问题

还是根据前面那个原则来判断——隔膜要盖过负极，负极要盖过正极，保证overhang。右边的图中因为负极的收尾没有有效落在正极贴胶的位置，从而没办法保证负极切边处的毛刺问题，所以也是不合格的

最后我们可以一起看看叠片的相关工序

叠片原理跟卷绕工序是相通的，主要差异还是在极片上。这里的极片这里不用分条，而是按照尺寸要求裁切成小片，然后同样进行焊接和贴胶，然后控制好对齐度，保证隔膜和负极的覆盖，最后再进行封装

如果需要叠好几层极片的话，也可以叠完之后，再进行极耳焊接，同类极片公用一个极耳即可；图片右下角采用将极片裁切成一个个的小片，是采用连续隔膜，用Z字形的方式进行叠片

这节课就讲到这里了，感谢大家收听！接下来是答疑环节，欢迎大家踊跃发言，交流讨论

二、答疑部分

在课程最后的提问互动环节上，大家更加积极了，提出了很多问题。而科博士也一一耐心地给予了回答，还不忘收集大家对课程的建议。

-月亮湾湾：“自动分条也会出现波浪边，是什么原因？与分切刀有关系吗？”

-科博士：“这个有可能是因为收卷的张力问题。一个可以减少收卷的张力，二来，可以调整收卷两边的张力。不然的话，张力大的那一侧容易形成波浪边。如果是辊压后就出现波浪边的话，还应该检查集流体和涂布的均匀性；跟分切刀是有关系的，好的分切刀能够改善分切波浪边”

-哈工大—电化学—平：“请问实验室手动分条有什么好的小技巧吗？？”

-科博士：“如果是自己用刀切的话，切完之后记得刷粉”

-黄卫国：“想问一下毛刺的长度是从涂敷的集流体表面算起还是从敷料层表面算起？”

-科博士：“这个应该是从敷料层上算起的”

-储能研究：“ 如果绿胶没有贴好在继续进行会出现什么反应？”

-科博士：“首先我们应该明确，贴绿胶有什么用？这个我们刚才有说到的。如果绿胶没贴好的话，有可能会导致焊接位刺穿隔膜，也有可能在反应过程中极片掉料等。”

-月亮湾湾：“我想问下设计卷绕电池的时候，负极片长度是不能计算出来，只能根据试卷吗？像圆柱18650设计可以用计算卷芯横截面积与腔体横截面积之比，那能仿照这样用装配比来设计圆柱形聚合物吗？软包可以用装配比设计吗？”

-科博士：“这个是可以设计的。在设计电池尺寸的时候，极片的尺寸，也就设计好了。一般有经验的工程师，这方面都可以做到很好。至于圆柱形聚合物的设计是相通的，都会留一些阈量；道理是相同的，软包设计是先设计裸电芯，然后会考虑一个电芯的膨胀，这个膨胀系数应该就相当于那个钢壳电池的余量了。”

-黑黑：“分切时会出现毛刺和波浪，有什么好的解决办法？”

-科博士：“毛刺的话，解决方向有：1）分条设备：可以更换刀具、调分条机精确度；2）集流体：脆性大的集流体不容易形成毛刺(这个要平衡韧性)；3）采用新的分切方法：比如激光分切等。波浪边的缓解方案：1）分切张力控制：基本自动分切才有；2）分切刀套辊大小优化。”

-我的电脑：“扎膜后再分切和先分切后扎膜有什么区别？”

-科博士：“为了提高效率，肯定都是大卷去冷压，然后在分条。”

-一叶知秋：“激光分切容易产生熔珠、金属屑，该怎么办？”

-科博士：“激光分切会有你说的这些问题，但是可以优化缓解的。其实各种工艺都有其优缺点，最终采用何种工艺，基本都是根据实际需求来测评的。”

-省略号：“绿胶未完全覆盖住料区，漏金属会有什么影响？”

-科博士：“我们现在说的是一个工业化的控制，并不是说漏一些金属就一定出问题。边缘的料区一般来说相对容易有掉料的风险，且有时因为涂布削薄的问题，那里的料区相对偏厚，所以在批量大规模生茶的过程，有可能有些掉落的粉料会有刺破隔膜导致短路的风险，所以才会采用这样的方式进行风险管控 。”

-一点点：“正负极涂布漏金属有什么风险呢？我实际中经历过一次。”

-科博士：“正极漏金属，可能的问题就是容量会偏低；负极漏金属的话，就有可能产生锂枝晶，发生安全事故，即使不发生安全问题，因为局部析锂，也可能导致界面破坏，影响循环性能。”

-黑黑：“叠片后焊接，极耳胶下方到电芯主体距离最近能控制在多大范围？”

-科博士：“这个范围要控制得小难度很大，可以通过一种折极耳的过程来减小这个范围。理论上来说，这个最短距离就是负极和隔膜的overhang(错位区)+焊接尺寸。”

-天使不在线：“叠片就是为了并联吗？并联的优点是什么？缺点呢？”

-科博士：“内阻小，还可以分流，适合做高倍率的，另外，没有卷绕张力，对于膨胀大的体系可以减少电池变形。缺点的话，就是成本高，生产效率相比卷绕低。”