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軟包鋰電池毛刺對性能的影響及改善
發(fā)布時間：2022/3/10 10:34:48      點擊次數(shù)：698

1、毛刺形成



為滿足各型號電池，極片需要進行沖裁成型工序，極片可能由于不合理的沖裁工藝參數(shù)在集流體的沖裁邊緣產(chǎn)生過長的毛刺。將其卷繞或疊片、封裝成電池后，在該部位受過大壓力時即存在毛刺穿刺隔膜，造成電池短路的風險。


 

2、毛刺示例


640 (1).png


在經(jīng)過沖裁工序后，其集流體沖裁邊緣部分出現(xiàn)了過長的毛刺（圖示標記部分）。長毛刺有刺穿隔膜，導致電池短路使電池失效的風險，影響電池安全性能。


 

2.png

a 為負極片，b 為正極片

 


觀察到鋰電池極片沖裁邊緣斷面情況，可以看到集流體的毛刺部分長度明顯長于集流體原始厚度，而且進一步觀察可以發(fā)現(xiàn)，集流體似乎往某方向有拉伸行為，因此上、下電池材料層厚度不一致。


 

3、毛刺對電池性能影響



明顯正極集流體毛刺缺陷電池、帶明顯負極集流體毛刺缺陷電池及正常電池，然后使用特制壓頭壓入缺陷電池的毛刺部位，記錄載荷及電壓的變化情況，并將其與正常電池壓入的載荷、電壓變化進行對比，以得出毛刺對于電池外載失效行為與產(chǎn)生內(nèi)部短路情況的影響。
使用5mm 直徑的壓頭對準中心部位緩緩壓入，記錄壓頭力學傳感器的載荷-位移曲線；同時通過接在電池兩極的電壓計記錄電壓變化。



3.png

B壓入試驗過程；C壓入試驗內(nèi)部示意圖

 


對照組（藍色實/虛線）的正常電池在受壓后，電壓沒有明顯波動。而實驗組的電池，在載荷仍在上升之時就已經(jīng)驟降，電壓驟然下降，證明電池此時發(fā)生內(nèi)部短路


4.png 



4、毛刺的工藝改善


（1）設置下述欲研究工藝參數(shù)：

  • 對沖裁間隙，取0.0005mm、0.001mm、0.003mm、0.005mm 與0.007mm，此時固定模具圓角為0.001mm；

  • 對模具圓角，取0.0005mm、0.001mm、0.003mm、0.005mm與0.007mm，此時固定沖裁間隙為0.001mm

 

（2）大致結(jié)論如下：

  • 集流體的毛刺長度隨著沖裁間隙與圓角尺寸的增加而增加；

  • 同樣尺度的變化下，沖裁間隙的變化導致集流體毛刺長度的變化大于模具間隙變化所導致毛刺長度變化；

  • 同等條件下，正極集流體的毛刺長度小于負極集流體毛刺長度；

  • 應隨時注意模具的損耗狀況，盡量保證沖裁間隙與模具圓角至0.001mm 以下，以減少毛刺長度。



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