為確保電動汽車用鋰離子電池符合性能和安全要求，電池制造流程必須滿足嚴苛的精密性閾值，并采用與高通量自動化生產(chǎn)線要求相一致的質(zhì)量控制分析。為可工作狀態(tài)下的電池執(zhí)行性能測試往往需要耗費長達數(shù)天的時間，因此生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

      鋰離子電池有三個制造階段，每個階段又包含多個步驟。每一個制造步驟都絲毫馬虎不得。例如，電極膜厚度的標準公差只有±2 μm。為滿足這種細微的公差要求，電動汽車鋰離子電池的生產(chǎn)線高度自動化。為評估質(zhì)量并滿足精密性要求，生產(chǎn)線上配置有一系列的分析儀器，生產(chǎn)完成后，還會再執(zhí)行多種測量。

      鋰電池生產(chǎn)線上的這些工具不僅要足夠精確，而且為適應(yīng)生產(chǎn)線的高速生產(chǎn)特點，還必須具備高響應(yīng)性和穩(wěn)定性。和制造流程一樣，這些系統(tǒng)也高度自動化，可在制造階段識別質(zhì)量缺陷并提供響應(yīng)性控制措施。

第一階段 準備電極

鋰離子電池生產(chǎn)的第一個階段是準備電極，即陽極和陰極。陽極和陰極組件的漿液分開混合。陽極漿液一般包含作為陽極材料的石墨、高分子粘合劑、其它添加劑和作為溶劑的純化水。在電動汽車鋰離子電池中，陰極漿液一般包括由鎳、鈷和錳（NMC）組成的層狀氧化物材料。

涂布步驟完成后，使用熱梯度干燥薄膜，之后這些片材在壓延流程中通過重型輥子。這個步驟會對干燥的薄膜進行壓縮處理，以優(yōu)化活性電極的孔隙率。隨后，這些片材將在真空干燥室內(nèi)進行數(shù)小時的干燥處理，將剩余的水分蒸發(fā)掉。在典型的生產(chǎn)線中，這一處理流程的速度可達每分鐘 50 米。

在該過程中會涉及兩項重要操作：光學檢查和水分分析。

準備電極

鋰離子電池生產(chǎn)的第一個階段是準備電極，即陽極和陰極。陽極和陰極組件的漿液分開混合。陽極漿液一般包含作為陽極材料的石墨、高分子粘合劑、其它添加劑和作為溶劑的純化水。在電動汽車鋰離子電池中，陰極漿液一般包括由鎳、鈷和錳（NMC）組成的層狀氧化物材料。涂布步驟完成后，使用熱梯度干燥薄膜，之后這些片材在壓延流程中通過重型輥子。這個步驟會對干燥的薄膜進行壓縮處理，以優(yōu)化活性電極的孔隙率。隨后，這些片材將在真空干燥室內(nèi)進行數(shù)小時的干燥處理，將剩余的水分蒸發(fā)掉。在典型的生產(chǎn)線中，這一處理流程的速度可達每分鐘 50 米。

在該過程中會涉及兩項重要操作：光學檢查和水分分析

質(zhì)量控制：光學檢查

視覺檢查是主要的電極質(zhì)量控制方法。由于電極組裝的速度過快，無法開展人工檢查?！白畛Ｒ姷姆椒ㄊ鞘褂脭z像頭系統(tǒng)和線路檢測裝置實施視覺檢測?！?德國亞琛工業(yè)大學電動交通組件生產(chǎn)工程設(shè)計主席Marc Locke說。

質(zhì)量控制：水分分析

水分是鋰離子電池的一個嚴重威脅。主要問題是水會與電極中的LiPF產(chǎn)生反應(yīng)，并生成氟化氫，而氟化氫是一種高腐蝕性的副產(chǎn)品，會破壞電池組件。最終制造完成的電池中的水分含量一般不超過500 ppm。但由于水是陽極漿液中一種高性價比的溶劑，因此無法在電池制造中避免水的使用。

電池生產(chǎn)線的速度很快，因此在組件生產(chǎn)和電池組裝中，一般使用攝像頭和線路檢測裝置以光學方式檢測鋰離子電池。

組裝電池單元前，需通過干燥和真空干燥步驟清除電極膜中的殘留水分。在真空干燥步驟中，一般會定期分析電極樣本中的殘留水分。

第 2 階段

組裝電池組

電極充分干燥后，便可以組裝電化學電池。將大電極片切割為單獨的電極段，涂覆一層薄的高分子分離膜，然后卷起或折疊小的片材。片材卷或堆垛上設(shè)有線路連接點。將電極裝箱并加入液體電解液。最后將電極箱密封。

質(zhì)量控制：精密稱重

加入電解液后，生產(chǎn)線上集成的在線稱重單元會對加入電池中的電解液數(shù)量進行稱重分析。

值得一提的是，為可重復(fù)制造滿足性能要求的高質(zhì)量鋰離子電池，高質(zhì)量試劑是一個關(guān)鍵要素。同樣，電池研究實驗室和電池質(zhì)量控制實驗室都需要使用良好表征的材料來開發(fā)新型電池技術(shù)和研究電池性能背后的化學機制。

第 3 階段

完成電池組裝

電池單元*組裝好后，還必須經(jīng)過一個電化學形成和熟化過程，這個過程可能需要數(shù)天或數(shù)周的時間。在生產(chǎn)線之外的一個類似于倉庫的設(shè)施中，對電池單元緩慢充電，促使在電極表面上形成一個固體電解質(zhì)界面膜（SEI）。SEI是電池工作過程中一個必要的部分。機器人會在倉庫中快速巡視，評估每個電池單元的電性能。

質(zhì)量控制：電性能

SEI形成后，會對電池單元進行電性能檢查，例如在數(shù)周內(nèi)測量電池的輸出電壓的穩(wěn)定性。滿足電動車輛要求的性能標準的電池單元會被組裝在一個電動汽車電池組中并連接在一起。

經(jīng)過數(shù)十年的穩(wěn)定改進，鋰離子電池制造方法已經(jīng)能夠滿足電動汽車市場嚴格的性能、成本和安全要求。自動化生產(chǎn)線不僅集成了一系列分析儀器，生產(chǎn)后也會執(zhí)行常規(guī)測試，并由此在電池組件生產(chǎn)中實現(xiàn)了高精準度?，F(xiàn)有和未來電動汽車電池制造流程的精密控制將在這個快速增長的行業(yè)中確保安全性，降低材料和能源浪費，并持續(xù)提升消費者的信任度。