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锂电池制造工艺控制及潜在问题分析

摘要：随着世界经济的飞速发展，人们正在关注新能源电池的开发。其中锂

离子电池的优异性能已成为许多电力电池的主流发展方向。但是，由于锂的活性

化学特性，在生产锂电池时，生产工艺参数、材料比等因素影响着成品电池的服

务和安全性能。因此，锂电池制造过程需要严格控制生产过程，减少制造过程中

的误差，确保电池制造过程的标准化和标准化，通过控制电池制造过程提高成品

电池的服务和安全性能。

关键词：锂电池制造；工艺控制；潜在问题

引言

锂离子电池的概念是1980年代首次提出的。1991年，日本索尼公司率先开

发并成功推出了第一款商用锂离子电池产品，推动了锂离子电池生产的大规模工

业化发展，广泛应用于手机、笔记本电脑和许多便携式设备，成为世界上增长最

快、销量最高的电池制造和销售系统。目前，中国已成为世界第二大锂离子电池

生产国，今后的发展前景极为可观。但是随着相关产业的扩大和技术内容的改善，

锂离子电池领域急需优秀的技术人才。缺乏相关人才已成为中国锂离子电池产业

发展的主要障碍，迫切需要培养锂离子电池专业人员。

1锂离子电池材料

锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜和电池外壳等部分构成，通过

锂离子在正负极之间反复脱出和嵌入实现充放电功能。目前常见的有三元（NCM）

锂电池、钛酸锂（LTO）电池和磷酸铁锂（LFP）电池。

当下，锂离子电池中常用的正极材料有层状结构的钴酸锂（LiCoO2）和镍钴

锰酸锂（LiCoxNiyMnzO2）、尖晶石型的锰酸锂（LiMn2O4）以及不同聚阴离子型

的正极材料（LiMPO4,M=Ti,Ge,Zr,Hf）。作为动力电池正极材料，在保证安全性

的基础上，其未来发展主要倾向于研发能量密度高、清洁环保和成本低廉的电极

材料。而对锂离子电池的负极材料而言，金属锂本是比较理想的材料，但由于在

循环过程中锂枝晶的生长无法保证电池的安全性。经过长时间技术更迭，当下商

用锂离子电池中应用最多的负极材料是石墨类碳材料，在保证电池高电压优势的

情况下也提高了安全性和循环寿命。氮化物、聚硫酸铝（PAS）、锡合金以及其

他的金属间化合物等正处于探索阶段。电解质的作用是运送离子和传导电流，对

电池的性能影响较大。传统电池采用的水系电解质理论分解电压只有1.23V，如

果使用该电解质则电压达不到锂离子电池3~4V电压的要求，因此对耐高压的有

机溶剂和电解质的研究是未来的发展方向之一。目前常用的电解质有环状碳酸酯、

环状醚与链状醚等有机液体电解质，咪唑阳离子类、链状季铵阳离子类离子液体

电解质，PEO基、PVC基等聚合物电解质。隔膜的作用是将正、负极隔开但允许

锂离子通过，应选用热关闭性能好的隔膜，即温度升高隔膜融化前孔隙发生关闭，

内阻极速上升从而使内部反应停止。

2正负极材料热处理

正负材料的热处理专门指在切割和搅拌正负材料之前从高温材料中去除杂质

和水分，以免影响成品电池的运行性能。但阳极和阴极材料的热处理存在几个潜

在问题，如下:(1)高温热处理导致阳极材料聚集，直接影响后续电池制备工艺；

(2)热处理温度低导致湿度和杂质无法完全去除的问题，如成品电池容量低和使

用后电池源。因此，在阳极和阴极材料的热处理中，有必要严格控制加热温度，

以避免高温或低温问题。

3废旧锂电池的危害性

随着新能源汽车的发展，锂电池产业发展迅猛，新能源汽车等受使用寿命的

限制势必会产生大量的废旧锂电池。废旧锂电池存在严重的安全隐患，如不妥善

处理，会对周边环境造成危害，然后通过环境作用到周边的生物及人体，对生态

和社会环境造成负面影响。废旧锂电池中富集了大量钴（Co）、铜（Cu）、锂

（Li）、铝（AI）、铁（Fe）等贵重金属资源，可以缓解目前资源短缺的现状，

合理高效的电池回收技术有利于锂电池的可持续发展。锂电池的回收处理可以减

少其对环境造成的污染，是推行绿色环保方式，实现资源可循环利用的途径之一。

4正负极材料搅拌

正负材料的混合意味着正负原料完全分散，并与搅拌机混合。该过程中的潜

在问题如下:(1)搅拌不均会导致电池内材料分布偏差，从而降低电池容量，增加

电池的内阻，缩短电池的循环寿命，甚至可能造成严重的安全问题；(2)搅拌时

杂质混合，混合杂质可能穿透膜，导致电池短路、自放电异常、电池寿命缩短和

安全问题。因此搅拌时应注意阳极和阴极材料的均匀性和纯度。

5视野创新，深入展望了电动汽车锂电池制造工艺技术

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