锂离子电池是如何制造的——从电芯到电池包制造

簡介

MOTOMA 鋰離子電池廣泛應用於智慧型手機、筆記型電腦、電動汽車和太陽能儲能系統等各種領域。儘管外表常見，但其內部製造過程極為複雜，涉及數十個精密步驟、無塵室條件和高階自動化。本文根據實際產業流程圖和材料配方，全面介紹鋰離子電池的製造過程。

第一部分：電極漿料製備

電極漿料是任何鋰離子電池的「基礎」。正極和負極皆由活性材料、導電劑、黏結劑和溶劑混合而成的膏狀物開始。

正極漿料成分：

• 活性材料：鋰鈷氧化物（LiCoO₂）、NMC、LFP
• 黏結劑：PVDF（聚偏二氟乙烯）— 提供機械強度
• 導電劑：乙炔黑（確保電子導電性）
• 溶劑：NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）— 溶解PVDF以均勻混合

負極漿料成分：

• 活性材料：MCMB（中間相碳微珠石墨）
• 黏結劑：PVDF
• 導電劑：乙炔黑
• 溶劑：NMP

設備與步驟：

1. 真空行星式混合機：在真空環境中混合漿料，避免濕氣和氧化。
2. 過濾：去除團聚物或異物。
3. 黏度控制：最終漿料黏度微調至最佳塗佈厚度。

第二部分：電極片製造

漿料備妥後，用於製作實際的正極和負極片。

關鍵步驟：

1. 塗佈 

   

   • 使用精密塗佈機將漿料均勻塗佈在鋁箔（正極）或銅箔（負極）的兩面。
   • 隨後立即進入乾燥烘箱去除溶劑（NMP）。
2. 壓延 

   

   • 塗佈後的箔片經加熱滾輪壓縮。
   • 這可增加密度、改善附著力，並提升電池能量密度。
3. 分條 

   

   • 寬幅捲料經分條機裁切為所需寬度的窄電極條。
4. 極耳焊接與裁切 

   

   • 雷射設備用於：
     • 將電極裁切至電池尺寸。
     • 將金屬極耳焊接至電極末端（集流體）。
     • 依堆疊或捲繞需求沖壓槽孔或形狀。

第三部分：電池組裝

此階段將製備好的電極片轉化為功能性電池。組裝方式取決於電池形式，這在能量密度、機械穩定性與應用適合性方面扮演關鍵角色。

電池形式差異

軟包電池：

• 組裝方式：電極片依序正極→隔離膜→負極逐層堆疊。
• 結構：平坦且具彈性，封裝於鋁塑膜軟包中。
• 優點：輕薄，適合平板、智慧型手機和無人機。

圓柱電池：

• 組裝方式：長電極片與隔離膜一同捲繞成圓柱狀捲心（類似瑞士捲）。
• 結構：堅固金屬外殼（如18650、21700）。
• 優點：高機械強度、自動化生產，常見於電動工具和電動車。

組裝過程步驟：

1. 堆疊／捲繞 

   

   • 軟包和方形電池使用堆疊機。
   • 捲繞機在嚴格控制下製成圓柱捲心。
2. 極耳焊接與端子連接 
   • 以雷射焊接將極耳焊接到集流體上。
   • 焊接品質對降低內阻至關重要。
3. 外殼封裝 
   • 將電極組裝體置入外殼中：
     • 軟包電池：鋁塑膜
     • 圓柱電池：不鏽鋼或鋁管
4. 電解液注入 

   

   • 在真空手套箱內將液態電解液（通常為EC/DEC中的LiPF₆）注入電池，以消除水分污染。
5. 真空封裝 
   • 電解液浸潤後，軟包電池於真空下封裝；圓柱電池則以金屬蓋封口。
   • 殘留空氣可能降低性能或導致膨脹。
6. 乾燥 

   

   • 將電池置於高溫（例如60–85°C）真空烘箱中，蒸發殘留溶劑並穩定內部結構。

視覺總覽

專家註記

• 圓柱電池在生產速度和機械耐用度上表現優異。
• 軟包電池在小型電子產品中空間利用率與能量密度更佳。

第四部分：電化學化成與老化

關鍵步驟：

1. 化成 

   

   • 以控制電流對電池進行充放電。
   • 此過程在負極形成固態電解質介面（SEI），保護其免於劣化。
2. 老化
   • 電池於高溫下存放數天。
   • 有助於穩定內部化學與電壓。
3. 分級與測試
   • 測量容量、電壓、內阻（IR）及漏電流。
   • 剔除不良電池。

第五部分：電池組組裝 

合格電池經分組後製成各種應用的電池組。

主要組件：

• PCM/BMS保護板：防止過充、過放、短路。
• 溫度感測器與保險絲：用於安全監控
• 塑膠外殼、散熱片或鋁殼

最終測試：

• 充放電循環
• 高低溫性能
• 跌落測試、過電流模擬

僅通過認證的電池組才可上市。

鋰離子電池製造簡化流程圖

製造鋰離子電池的過程涉及高精度設備、嚴格的環境控制以及對化學和機械細節的仔細把關。從漿料混合到電池組測試，每一步都旨在確保安全性、一致性與性能。

隨著持續創新—MOTOMA技術如固態電解質、乾式電極製程和AI品管—鋰電池製造的未來將更高效、安全且永續。