锂电池制造卷绕工艺知识！
锂电那些事今日头条2025年03月14日 星期五
一、卷绕原理
通过控制极片的速度、 张力、尺寸、偏差等因素，将分条后尺寸相匹配的极片及隔膜、终止胶带等卷成极芯的一种生产工艺。
二、卷绕系统
设备最重要的性能指标是卷绕线速度、张力波动控制、对齐精度、整机合格率、时间稼动率、故障率等。
卷绕机布局图
卷绕设备工艺流程
就当下卷绕机的水平，可实现线速度3m/s，张力波动控制±5%，对齐精度为±2mm，整机合格率≥99%，时间稼动率≥98%，故障率≤1%。
三、卷绕对电池的影响
极片隔膜制成电芯后，两侧边缘位置的电极存在较大曲率，在充放电的过程中，易变形和扭曲，会导致电池性能下降，甚至有安全隐患。此外电芯放电过程中，两侧电流分布不均，电压极化较大，放电电压不稳。
四、卷绕过程关键控制点
卷绕的要点是隔膜包正负极，同时负极极片要包裹正极极片。这就要求负极极片不能露箔，露箔后会造成极片局部析锂刺穿隔膜，引起短路。
卷绕关键输入参数KPIV:
1.卷绕张力
2.卷绕速度
3.卷针周长
卷绕关键输出参数KPOV
1.Overhang
2.尺寸
3.外观
五、卷绕常见问题
常见卷芯内部缺陷图谱如下图所示，每张图谱里面都包含正极极片、隔膜和负极极片。
卷芯内部缺陷图谱
第一排（a）是正常图谱，内部没有缺陷。
第二排（b）三张照片出现极片弯曲变形的情况，这种情况可能是卷绕工艺中张力没有控制好，极片弯折。这种缺陷会导致电池极片在充放电反复膨胀与收缩时出现大量褶皱，限制容量发挥，可能出现析锂等问题。
第三排（c）的缺陷是隔膜上存在金属异物，金属异物可能是极片制备或转运过程引入的，比如极片辊压、裁切等工艺。也可能卷绕工艺极片切断产生的箔材碎屑。金属异物会导致电池内部微短路，自放电严重，并存在安全隐患。一般检出方法主要包括电芯绝缘耐电压测试，高温老化监测自放电k值判定不合格品。
第四排（d）的问题主要是涂层不均匀，包括两面厚度不同的阴阳面，单侧没有涂层等。这个缺陷主要是涂布工艺产生的，或者极片制备工艺中出现的涂层脱落。一般极片辊压，分切工艺都会设置CCD检测，缺陷极片做好标记，在卷绕工艺裁切剔除不良品。但是，无法100%保证剔除不良品。如果出现这种情况电池容量损失，而且出现正负极容量不匹配导致析锂等问题。
第五排（e）的缺陷是内部存在粉尘等非金属异物，这种情况危害虽然没有金属异物严重，但是也会影响电池性能，尺寸比较大时也可能导致隔膜破解，正负极微短路的情况。
卷绕电芯在拐角处还可能出现极片断裂的情况。极片太脆，厚度较大特别容易出现断裂情况。
卷芯内部缺陷图谱
六、卷绕发展趋势
①高速、高精度：卷绕极片的线速度由现有的2-3m/s发展到4-5m/s，卷绕极片对齐精度由现有的±0.3mm提升至±（0.1-0.2）mm。通过隔膜连续卷绕技术的突破，实现卷绕效率的倍增。
②高合格率：CPK由1.33到1.67，最终发展到2.0以上，达到免检水平。
③稳定性：提升平均无故障时间，由现有几十、几百小时提升至千、万小时的水平。
④设备实现数字化、智能化控制：卷绕张力、极片与隔膜的对齐度实现在线监控，卷绕参数和最终电池性能参数实现闭环优化，实现卷绕合格率提升。
⑤高集成，激光模切与卷绕工序结合实现设备集成一体化。
