探秘锂离子电池注液工序关键控制点

探秘锂离子电池注液工序关键控制点

注液工序是锂离子电池制造过程中的关键环节之一，其工艺控制直接影响电池的性能和安全性。本文将详细介绍注液工序中的关键控制点，包括注液量的精准控制、环境湿度与温度把控、电解液浸润效果保障以及常见异常及解决措施。

注液量的精准控制

注液量就如同人体的血液量一样，对锂离子电池的性能起着至关重要的影响。从容量方面来看，注液量不足会导致电池容量无法充分发挥，正极片无法得到充分浸润，隔膜也不能完全被电解液覆盖，使得电池内阻偏大，容量降低。而随着注液量的增加，电池容量会相应增加，但当注液量达到一定程度后，容量增长将趋于平缓，此时若继续增加注液量，不仅不会提升容量，还会造成资源浪费和成本增加。

注液方式：自动注液机配备精准的电子秤，精准注液；图示是人工用针管注液

在循环性能上，电解液量过少会使电池内部导电率降低，循环过程中内阻增大速度加快，电池局部电解液的分解或挥发加速，导致循环性能恶化。相反，电解液量过多，会使电芯的副反应增多，产气量上升，同样会降低电池的循环性能。

安全性能方面，注液量的不合理会引发严重问题。若注液量过多，电池在充放电过程中可能会因内部压力过大而出现鼓壳甚至爆炸的危险；若注液量过少，电池性能不稳定，也可能在使用过程中出现安全隐患。因此，在注液过程中，必须严格按照不同电芯的要求，精确控制注液量，例如三元体系电芯的注液系数一般控制在 3 - 3.5 (g/Ah) 之间 ，并且要保证注液量的精度，注液量小于 200g 时，公差控制在 ±1.5g；注液量大于等于 200g 时，公差小于 0.6%，以确保电池性能的稳定和安全 。

环境湿度与温度把控

锂离子电池注液工艺对环境湿度和温度有着极为严格的要求。在湿度方面，注液环境的露点通常需控制在 - 40℃以下（常温），这是因为电解液中的锂盐（如 LiPF6）极易与水分发生反应。一旦水分超标，电解液就会变质，生成微量有害气体，不仅会污染注液房环境，还会严重影响电解液的质量，进而导致电池性能下降。例如，水分会与 LiPF6 反应生成氢氟酸，氢氟酸具有强腐蚀性，会腐蚀电池内部的金属零件，导致电池漏液，使电池性能急剧恶化。同时，水分超标还会影响电池的容量、内阻等性能指标，使电池首次放电容量减小，内阻增大 。

水分超标，温度超高，电解液极易析出锂盐，形成有白色絮状物的浑浊混合物

在温度方面，一般将注液环境温度控制在 23±3℃。温度过高，电解液的挥发性会增强，导致注液量不准确，同时还可能引发电池内部的副反应加剧；温度过低，电解液的粘度会增大，流动性变差，不利于电解液的注入和均匀浸润，还可能导致注液时间延长，影响生产效率。所以，稳定且适宜的环境湿度和温度是保证注液质量和电池性能的重要前提 。

电解液浸润效果保障

确保电解液均匀浸润到电池极片内部是提高电池性能的关键环节。电解液浸润不足会导致电池局部化成不足，化成不均匀，甚至在封口后出现气胀等问题，严重影响电池的性能和使用寿命。

为了保障电解液的浸润效果，目前采用了多种方法。一方面，在注液过程中，通过优化注液工艺，如采用真空注液结合梯度加压的方式。先进行初级真空（-90kPa），抽出电芯内部空气，使孔隙率提升，然后进行分 3 - 5 次的注液脉冲，每次注液后静置 10 秒，让电解液依靠毛细作用自然渗透，最后进行二次加压（0.3 - 0.5MPa），将电解液压入深层孔隙，确保隔膜双面浸润。某动力电池企业采用该工艺后，极片浸润均匀性从 78% 大幅提升至 95%。另一方面，从材料和结构设计入手，对极片进行孔道优化，利用造孔剂在极片形成垂直孔道，提高电解液的渗透速度；在隔膜表面涂覆亲液涂层，降低电解液与隔膜的接触角，缩短浸润时间；优化电解液配方，添加降粘剂，降低电解液粘度，提高其流动性。通过这些综合措施，能够有效提高电解液的浸润效果，提升电池的整体性能 。

注液工序常见异常及解决措施

真空度和泄漏率问题

在注液过程中，真空度和泄漏率是两个关键指标。注液机通常对高真空度要求极高，需小于 - 99kPa，泄漏率要求小于 1kPa/2min 。然而，目前普遍采用的螺纹密封方式，存在诸多弊端，难以满足注液环节对高真空与低漏率的严格需求。螺纹密封在长期使用过程中，由于受到机械振动、温度变化等因素的影响，容易出现松动，导致密封性能下降，进而使真空度无法达到要求，泄漏率增加。这不仅会影响电解液的注入效果，还可能导致外界空气和水分进入电池内部，对电池性能产生严重的负面影响 。

为了解决这一问题，嘉拓智能提出了将螺纹密封改为静态端面密封的创新性方案。静态端面密封利用两个相对静止的密封面之间的紧密贴合来实现密封，其密封原理基于密封面的平整度和表面粗糙度，以及密封材料的弹性和韧性。在实际应用中，静态端面密封采用特殊的密封材料和设计结构，能够有效抵抗机械振动和温度变化的影响，确保密封性能的稳定性。通过这种改进，能够实现高真空、低漏率的要求，为注液过程提供稳定可靠的环境，保障电池的质量和性能 。

电解液挂壁难题

在注液环节，常常会出现电解液挂壁的现象，这主要是由于注液机内力或光滑度不够所致。残留的电解液挂壁会导致注液量精度不高，影响电池的性能一致性。当电解液挂壁时，实际注入电池的电解液量与设定值存在偏差，这种偏差会导致电池之间的容量、内阻等性能参数出现差异，进而影响电池组的整体性能 。

为了解决电解液挂壁难题，嘉拓智能采取了对杯体进行特殊处理的策略。通过特殊的表面处理工艺，提升杯体的光滑度，使电解液在杯体表面的附着力大大降低，从而有效减少电解液挂壁现象的发生。这种方法不仅能够提升注液泵及电池注液精度，确保每一个电池都能获得准确的注液量，还能有效减少残液造成的二次污染，保持注液环境的清洁，为电池生产提供良好的条件 。

注液嘴密封不严

注液嘴密封不严是注液工序中常见的异常之一，常规注液嘴在长时间使用后容易磨损，导致密封性能下降。当注液嘴密封不严时，会出现喷液现象，这不仅会造成时间与资源的浪费，还可能对生产设备和工作环境造成污染，影响生产的正常进行 。

针对这一问题，XX智能在注液嘴的设计过程中进行了改进，采用特殊设计，增加密封环节。例如，在注液嘴的结构设计上，增加了多层密封结构，利用不同材料的密封性能和弹性，形成多重密封防线，有效提高密封效果。同时，选用耐磨、耐腐蚀的材料制造注液嘴，延长其使用寿命，减少因磨损导致的密封不严问题，从而有效预防喷液现象的发生，提高生产效率和产品质量 。

等压注液时间长难点

在等压注液过程中，通常考虑到安全性及加工难度，会采用 0.8Mpa 的压力，然而这也导致了作业时间相对较长。较长的注液时间会降低生产效率，增加生产成本，不利于大规模工业化生产 。

为了解决等压注液时间长的难点，注液机厂家均提出了不同梯次压差工艺。通过采用不同梯次的压差，在保证安全的前提下，加速电解液的流动和渗透，使电池能够更快地吸收电解液，从而缩短注液时间。例如，在注液初期，采用较大的压差，使电解液快速进入电池内部；在注液后期，逐渐减小压差，使电解液更加均匀地分布在电池内部。其测试数据显示，采用这种方法注液时间相应能缩短 20%，大大提高了生产效率，为动力电池大规模制造提供了有力支持 。