鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中能耗占到整個(gè)鋰離子電池能耗的66%左右，而干燥間的能耗又占到了整個(gè)生產(chǎn)能耗的43%左右（因當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和生產(chǎn)工藝的區(qū)別，可能有所變化）。作為鋰離子電池生產(chǎn)的重要步驟——注液，主要是在干燥間內(nèi)完成，因此在保證浸潤(rùn)效果的前提下盡量減少浸潤(rùn)時(shí)間對(duì)于降低鋰離子電池的生產(chǎn)成本具有重要的意義。以往，我們無(wú)法對(duì)鋰離子電池的注液、浸潤(rùn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察，因此對(duì)于注液工藝的優(yōu)化更多的是基于經(jīng)驗(yàn)分析，近年來(lái)隨著中子衍射等觀測(cè)手段的成熟，讓我們有機(jī)會(huì)對(duì)于電解液在鋰離子電池內(nèi)部的浸潤(rùn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察，例如我們前一段時(shí)間就曾在《電池注液、浸潤(rùn)過(guò)程“可視化”解讀》（請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接）一文中報(bào)道了德國(guó)博世公司的W.J.Weydanz等人采用中子成像技術(shù)對(duì)電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤(rùn)情況進(jìn)行了仔細(xì)的研究，技術(shù)手段的進(jìn)步讓我們“看”到了電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤(rùn)過(guò)程，而浸潤(rùn)模型的建立則能讓我們從原理上弄明白電解液的浸潤(rùn)過(guò)程。

影響鋰離子電池注液和浸潤(rùn)的因素非常多，例如注液設(shè)備、電池結(jié)構(gòu)、電池材料和注液工藝等等都會(huì)對(duì)注液和浸潤(rùn)效果產(chǎn)生重要的印象，而這些因素之間的關(guān)系往往錯(cuò)綜復(fù)雜，相互影響、相互作用，因此如何優(yōu)化注液和浸潤(rùn)就變得非常主觀，因此優(yōu)化效果往往差強(qiáng)人意。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)ThomasKnoche等通過(guò)建立模型的方式，闡明了注液過(guò)程中的各個(gè)因素之間的相互作用和因果關(guān)系，為優(yōu)化鋰離子電池注液過(guò)程提供了強(qiáng)有力的分析工具。

1.模型介紹

ThomasKnoche的模型結(jié)構(gòu)可以分為三步，構(gòu)建模型的第一步主要為細(xì)分注液過(guò)程，如下圖所示。注液過(guò)程的影響因素可以細(xì)分為“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”、“注液設(shè)備”、“工藝特性”、“注液設(shè)備”，以及“產(chǎn)品質(zhì)量”和“工藝質(zhì)量”幾部分。其中“產(chǎn)品設(shè)計(jì)”又可以繼續(xù)細(xì)分為幾個(gè)更加具體的部分，特別是當(dāng)這個(gè)幾個(gè)部分工作機(jī)理不同時(shí)，更應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的劃分，例如對(duì)于鋰離子電池注液過(guò)程，電池設(shè)計(jì)可以分為“電池結(jié)構(gòu)”和“電池材料”兩大部分，其中“電池結(jié)構(gòu)”代表的是電池的宏觀結(jié)構(gòu)，“電池材料”則代表電池材料的物理和化學(xué)特性。“設(shè)備”和“工藝實(shí)施”則代表了生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于電池特性的影響?！肮に嚞F(xiàn)象”是這一層模型的核心，因此“工藝現(xiàn)象”描述了其他不同部分之間的因果關(guān)系。最終上述的輸入因素都會(huì)最終反映在輸出“產(chǎn)品質(zhì)量”和“工藝質(zhì)量”上。

構(gòu)建模型的第二步主要闡述不同因素之間的因果關(guān)系，如下圖所示。

構(gòu)建模型的第三步主要是根據(jù)實(shí)際的工藝步驟將模型具體化和詳細(xì)化，如下圖所示。

2.模型應(yīng)用

2.1注液工藝

鋰離子電池的注液和浸潤(rùn)可以細(xì)分為多個(gè)步驟——注液、密封和浸潤(rùn)，以及各個(gè)步驟之間的準(zhǔn)備工作等。根據(jù)上面的的構(gòu)建模型的方法，鋰離子電池的注液和浸潤(rùn)過(guò)程可以由下圖表示，下圖中的箭頭表明了注液過(guò)程各個(gè)因素之間的因果關(guān)系。從圖上可以看到，注液過(guò)程主要受到注液系統(tǒng)和體系壓力兩個(gè)因素的影響。而體系壓力會(huì)對(duì)電池注液準(zhǔn)備、注液、密封前浸潤(rùn)和密封后浸潤(rùn)等過(guò)程產(chǎn)生影響，可見(jiàn)體系壓力是電池體系注液和浸潤(rùn)過(guò)程最重要的影響因素。

目前的常見(jiàn)的注液方式主要分為兩類，一種是通過(guò)注液孔直接注液（最主流的方式），另外一種是將電池放入到電解液之中讓電解液滲入電池。通過(guò)注液孔注液的方式，根據(jù)注液量又可以分為單倍注液和多倍注液（受到電池結(jié)構(gòu)和批次的影響）。幾種注液方式促進(jìn)浸潤(rùn)的措施各有不同，其中單倍注液方法，通過(guò)反復(fù)的抽壓的方式促進(jìn)電解液在電芯內(nèi)的浸潤(rùn)，而多倍注液方法是通過(guò)加壓的方式促進(jìn)電解液在電芯內(nèi)浸潤(rùn)，浸入式注液則沒(méi)有促進(jìn)浸潤(rùn)的措施。

2.2注液設(shè)備

注液和浸潤(rùn)用到的設(shè)備，以及設(shè)備之間相互的因果關(guān)系如下圖所示?？梢钥吹阶⒁涸O(shè)備主要由三部分組成：1）注液設(shè)備；2）壓力控制設(shè)備，真空設(shè)備和加壓設(shè)備；3）電池固定結(jié)構(gòu)。

2.3工藝特性

影響電池注液和浸潤(rùn)的因素如下圖所示，它們之間的因果關(guān)系如箭頭所示。鋰離子電池的注液主要受到電池結(jié)構(gòu)、電池材料和注液工藝的影響。

2.4產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)這一部分可以分為兩大部分：1）電池材料選擇；2）電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不同的材料具有不同的物理和化學(xué)特性，因此鋰離子電池的材料選擇決定了電解液的浸潤(rùn)速度，如電解液的粘度、表面張力，多孔材料的微孔結(jié)構(gòu)，電解液和正負(fù)極材料的接觸角等特性都會(huì)對(duì)電池的浸潤(rùn)性產(chǎn)生影響。電解液在浸潤(rùn)到電芯之前，會(huì)首先存儲(chǔ)在鋰離子電池的外殼之中，因此電池的結(jié)構(gòu)（方形或者圓柱、硬殼或者軟包、疊片或者卷繞）都會(huì)對(duì)電解液的浸潤(rùn)產(chǎn)生一定的影響。這些影響因素之間的因果關(guān)系如下圖所示。

ThomasKnoche等人采用的模型化分析方式，將影響鋰離子電池注液和浸潤(rùn)過(guò)程的因素，以及這些因素之間的影響因素更加清晰的展現(xiàn)在了我們的面前，從而讓我們能夠更加全面的分析影響的分析影響鋰離子電池注液的因素，為優(yōu)化鋰離子電池注液和浸潤(rùn)過(guò)程提供了強(qiáng)大的分析工具。