鋰離子電池生產(chǎn)過程中能耗占到整個鋰離子電池能耗的66%左右，而干燥間的能耗又占到了整個生產(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，因此在保證浸潤效果的前提下盡量減少浸潤時間對于降低鋰離子電池的生產(chǎn)成本具有重要的意義。以往，我們無法對鋰離子電池的注液、浸潤過程進行實時的觀察，因此對于注液工藝的優(yōu)化更多的是基于經(jīng)驗分析，近年來隨著中子衍射等觀測手段的成熟，讓我們有機會對于電解液在鋰離子電池內(nèi)部的浸潤情況進行實時的觀察，例如我們前一段時間就曾在《電池注液、浸潤過程“可視化”解讀》（請點擊鏈接）一文中報道了德國博世公司的W.J.Weydanz等人采用中子成像技術(shù)對電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤情況進行了仔細的研究，技術(shù)手段的進步讓我們“看”到了電解液在鋰離子電池內(nèi)的浸潤過程，而浸潤模型的建立則能讓我們從原理上弄明白電解液的浸潤過程。

影響鋰離子電池注液和浸潤的因素非常多，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對注液和浸潤效果產(chǎn)生重要的印象，而這些因素之間的關(guān)系往往錯綜復(fù)雜，相互影響、相互作用，因此如何優(yōu)化注液和浸潤就變得非常主觀，因此優(yōu)化效果往往差強人意。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)ThomasKnoche等通過建立模型的方式，闡明了注液過程中的各個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程提供了強有力的分析工具。

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分注液過程，如下圖所示。注液過程的影響因素可以細分為“產(chǎn)品設(shè)計”、“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”又可以繼續(xù)細分為幾個更加具體的部分，特別是當(dāng)這個幾個部分工作機理不同時，更應(yīng)該進行詳細的劃分，例如對于鋰離子電池注液過程，電池設(shè)計可以分為“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“工藝實施”則代表了生產(chǎn)過程對于電池特性的影響。“工藝現(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)實際的工藝步驟將模型具體化和詳細化，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可以細分為多個步驟——注液、密封和浸潤，以及各個步驟之間的準(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過程可以由下圖表示，下圖中的箭頭表明了注液過程各個因素之間的因果關(guān)系。從圖上可以看到，注液過程主要受到注液系統(tǒng)和體系壓力兩個因素的影響。而體系壓力會對電池注液準(zhǔn)備、注液、密封前浸潤和密封后浸潤等過程產(chǎn)生影響，可見體系壓力是電池體系注液和浸潤過程最重要的影響因素。

目前的常見的注液方式主要分為兩類，一種是通過注液孔直接注液（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）。幾種注液方式促進浸潤的措施各有不同，其中單倍注液方法，通過反復(fù)的抽壓的方式促進電解液在電芯內(nèi)的浸潤，而多倍注液方法是通過加壓的方式促進電解液在電芯內(nèi)浸潤，浸入式注液則沒有促進浸潤的措施。

2.2注液設(shè)備

注液和浸潤用到的設(shè)備，以及設(shè)備之間相互的因果關(guān)系如下圖所示。可以看到注液設(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

產(chǎn)品設(shè)計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。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)，電解液和正負極材料的接觸角等特性都會對電池的浸潤性產(chǎn)生影響。電解液在浸潤到電芯之前，會首先存儲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）都會對電解液的浸潤產(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過程的因素，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過程提供了強大的分析工具。