鋰離子電池卷繞是關(guān)鍵工藝過程。一般情況下，將正負(fù)極片、隔膜、正負(fù)極耳、保護膠帶、終止膠帶等物料固定在各自放料軸上，設(shè)備經(jīng)過自動放卷，自動糾偏定位完成正負(fù)極耳的焊接、保護膠帶的貼覆、電芯卷繞、貼終止膠及下料到輸送帶等動作。
最終，電芯在卷繞過程中一次性完成，減少裝配過程中的人為干預(yù)，減少極片過程損傷，能夠提高電芯裝配質(zhì)量。
因此，鋰離子電池卷繞過程需要大量的檢測，確保產(chǎn)品質(zhì)量，主要包括：
1、尺寸檢測
下面以一款電芯設(shè)計為例，具體說明卷繞電芯的尺寸檢測主要內(nèi)容。
1.1、電芯外形尺寸
如圖1所示，包括高度A，寬度I，厚度X，膠帶寬度F和位置、G、F’、H，極耳位置B、C、D、E等。這些尺寸可以直接測量，和卷繞工藝以及設(shè)備精度相關(guān)。
圖1 卷繞電芯外形尺寸示意圖
1.2、極片相對位置
電芯卷繞時，為了防止正極擴散過來的鋰離子在負(fù)極有對應(yīng)場所接納嵌入晶格，負(fù)極必須全部包裹正極，并有一定尺寸余量。同時為了避免短路，隔膜必須包裹負(fù)極。因此，如圖2所示，卷繞電芯在長度方向必須保證負(fù)極具有余量，隔膜包裹負(fù)極。極片相對位置非常關(guān)鍵，具體參數(shù)包括隔膜長度M，以及與負(fù)極的相對尺寸J、K等。另外，正負(fù)極之間的相對位置L等。這些尺寸受到極片涂布規(guī)格、卷繞工藝等影響。
另外，在極片寬度方向上，負(fù)極也需要超出正極一定余量V，隔膜超出負(fù)極一定余量W。寬度方向的對齊度直接由卷繞工藝精度決定，精度高時，余量尺寸可以更小，電池能量密度更高。但是，電池安全性系數(shù)降低，必須確保工藝精度，否則對電池存在巨大安全隱患。卷芯每層極片的對齊度一般采用X-射線全部檢測，如圖3所示，當(dāng)正負(fù)極之間的寬度相對尺寸不滿足要求時設(shè)備自動報警剔除不良品。
圖2 卷繞電芯極片相對位置示意圖
圖3 卷芯對齊度X射線檢測（左）正常和（右）不良品圖像
1.3、極片切斷位置和極耳焊接位置
如圖4所示，間隙涂布的極片需要根據(jù)電池設(shè)計確定對應(yīng)的極片規(guī)格，例如間歇尺寸，A、B兩面的錯位設(shè)計等。卷繞時，極片切斷位置正確才能保證極片規(guī)格正常，形成正確的卷芯。因此，電芯卷繞時，也需要檢測極片規(guī)格是否正常，例如正極參數(shù)N、O、P，負(fù)極參數(shù)N’、O’、P’等。極耳焊接位置是否正確，例如R、S、T等
圖4 極片規(guī)格和極耳焊接位置
1.4、貼膠帶位置
如圖5所示，膠帶粘貼主要包括涂層邊緣膠帶，極耳保護膠帶等。確定卷繞工藝時，這些參數(shù)同樣需要一一確定。
圖5貼膠帶位置示意圖
2、卷芯質(zhì)量檢測
一般，極片在加工過程中，對于單面涂層、漏箔等缺陷極片會做出標(biāo)記，在卷繞時單極片卷曲扔出。但是，仍舊常常出現(xiàn)缺陷極片出現(xiàn)在卷芯中，對卷芯作質(zhì)量檢測，剔除質(zhì)量不合格品，能夠進(jìn)一步確保品質(zhì)。質(zhì)量檢測異常主要的原因還是極片加工過程產(chǎn)生的不良品，比如涂布面密度不滿足要求，單面涂層，極片存在膠帶等缺陷。
3、極片切斷毛刺檢測
關(guān)于毛刺的管控標(biāo)準(zhǔn)，一般毛刺尺寸小于隔膜厚度的一半，但是有些廠家控制要求更加嚴(yán)格，毛刺不超出涂層。極片切刀長期使用會出現(xiàn)磨損，影響切斷效果，因此切刀需要進(jìn)行壽命管理，定期檢測切斷質(zhì)量，避免毛刺。一般切斷毛刺觀察過程為：取切斷極片，繞在圓筒樣品上，在光學(xué)顯微鏡下觀察切斷面，檢測是否存在毛刺，如圖6所示。
圖6 極片切斷毛刺觀察
4、卷芯絕緣耐電壓測試
卷繞之后，裸電芯需要進(jìn)行熱壓處理，對極片和隔膜整形，使它們更加緊密接觸，降低鋰離子傳輸阻力。在熱壓地同時，往往會對裸電芯進(jìn)行絕緣耐電壓測試，主要判斷電芯內(nèi)部是否存在異物顆粒造成短路。金屬異物主要來源于極片切割毛刺、極耳焊接碎屑等。
絕緣耐電壓測試一般采用安規(guī)儀，測試時，儀器給電芯加一個電壓，這個電壓持續(xù)一段規(guī)定的時間，然后檢測其漏電電流量是否保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，判斷電芯正負(fù)極有無短路。
詳情見《鋰離子電池生產(chǎn)現(xiàn)場異物管控》。
5、極耳焊接檢測
極耳的焊接效果直接影響電池性能，極耳焊接不良時分為虛焊或者過焊，無論虛焊還是過焊都會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大，甚至無法充放電，致使電池出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。一般現(xiàn)有技術(shù)對極耳焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測的方法有：電阻測試法、拉力測試法等。其中，電阻測試法測量焊接點的電阻，然而靜態(tài)的內(nèi)阻只要有一點實焊就能檢測過關(guān)，其缺點是不能保證焊接力達(dá)到要求；而拉力測試法中的拉力測試由于是破壞性測試，要報廢樣品，而且只能抽檢采用拉伸試驗機。
6、卷芯內(nèi)部其它缺陷檢測
卷繞是鋰離子電池制造過程中的關(guān)鍵工藝，它將正，負(fù)極極片和隔膜組裝在一起，如果出現(xiàn)不良品，整個卷芯包括的正負(fù)極極片和隔膜都浪費了，良品率對電池制造成本影響比較大，而且影響電池性能和安全性。
一般地，常見卷芯內(nèi)部缺陷圖譜如下圖所示，每張圖譜里面都包含正極極片、隔膜和負(fù)極極片。
圖1 卷芯內(nèi)部缺陷圖譜
其中，第一排（a）是正常圖譜，內(nèi)部沒有缺陷。
第二排（b）三張照片出現(xiàn)極片彎曲變形的情況，這種情況可能是卷繞工藝中張力沒有控制好，極片彎折。這種缺陷會導(dǎo)致電池極片在充放電反復(fù)膨脹與收縮時出現(xiàn)大量褶皺，限制容量發(fā)揮，可能出現(xiàn)析鋰等問題。
第三排（c）的缺陷是隔膜上存在金屬異物，金屬異物可能是極片制備或轉(zhuǎn)運過程引入的，比如極片輥壓、裁切等工藝。也可能卷繞工藝極片切斷產(chǎn)生的箔材碎屑。金屬異物會導(dǎo)致電池內(nèi)部微短路，自放電嚴(yán)重，并存在安全隱患。一般檢出方法主要包括電芯絕緣耐電壓測試，高溫老化監(jiān)測自放電k值判定不合格品。
第四排（d）的問題主要是涂層不均勻，包括兩面厚度不同的陰陽面，單側(cè)沒有涂層等。這個缺陷主要是涂布工藝產(chǎn)生的，或者極片制備工藝中出現(xiàn)的涂層脫落。一般極片輥壓，分切工藝都會設(shè)置CCD檢測，缺陷極片做好標(biāo)記，在卷繞工藝裁切剔除不良品。但是，無法100%保證剔除不良品。如果出現(xiàn)這種情況電池容量損失，而且出現(xiàn)正負(fù)極容量不匹配導(dǎo)致析鋰等問題。
第五排（e）的缺陷是內(nèi)部存在粉塵等非金屬異物，這種情況危害雖然沒有金屬異物嚴(yán)重，但是也會影響電池性能，尺寸比較大時也可能導(dǎo)致隔膜破解，正負(fù)極微短路的情況。
以上圖譜獲取的方法如下：將整個卷芯埋入A、B膠環(huán)氧樹脂中，固化保持卷芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。切割截面，并用砂紙打磨，拋光制作樣品，采用掃描電鏡觀察。獲取大量照片，從中找出了這些缺陷圖譜。
圖2 卷芯微結(jié)構(gòu)觀察過程
另外，卷繞電芯在拐角處還可能出現(xiàn)極片斷裂的情況，如圖3所示。極片太脆，厚度較大特別容易出現(xiàn)斷裂情況。
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