卷绕和叠片中短路分析

卷绕和叠片工艺是锂电池生产的工序之一。卷绕是指通过固定卷针将完成分条的正极极片、隔膜和负极极片根据一定顺序卷绕，并挤压成圆柱形、椭圆柱形或方形。多用于圆柱，方形和小软包聚合电池等；叠片是指将正、负极材料和隔膜等组件按照特定的顺序和方式堆叠在一起，形成电池内部结构的过程。多用于软包电池中，部分铝壳电池也会采用叠片工艺。

那么什么情况下会引起卷绕或叠片工艺发生短路呢？

1.电极片尺寸或形状不符合要求：

正负极片来料出现尺寸异常，导致堆叠过程中出现了错位或者重叠。

2.极片表面缺陷：极片毛刺与粉尘污染

极片在裁切过程中易产生毛刺或金属碎屑，在叠片时可能刺穿隔膜，导致正负极直接接触造成短路。
生产环境中的粉尘（如金属颗粒、极片碎屑）通过静电吸附在隔膜表面，在叠片或后续冷热压环节中引发微短路。

3.隔膜包覆不良：

若包覆隔膜过程中隔膜出现了偏差或包覆不完整，则可能会导致正负极片直接接触，引起短路。

4.正负极片堆叠错误：

正、负极电极片的堆叠顺序需要严格地按照工艺要求进行。如果堆叠顺序出现错误，可能会导致正极、负极的直接接触或错位，增加短路的风险。

5.极耳焊接缺陷：

金属碎屑飞溅至电芯内部或极耳胶处，可能造成后续顶侧封工序极耳与铝塑膜导通短路。

6.叠片热压异常：

热压参数设计不合理，可能会导致叠片过程中一些细小未被发现的毛刺在外力挤压下刺穿隔膜，造成短路。

若叠片或卷绕过程中发生了短路情况，将会大大影响电芯的性能和安全。其会造成以下后果：

1.增加了电池的内阻：

叠片过程中发生微短路时，电流会优先通过这个短路点，导致局部电流密度过大，引发局部过热，这种过热可能导致电极材料的结构破坏。另外，微短路可能造成局部区域的锂离子过度消耗，导致该区域的电化学反应受阻，增加极化内阻。同时，短路点周围可能生成不导电的副产物，阻碍离子和电子的传输，进一步增加内阻。

2.加速电池的自放电：

其主要原因是异常电子或离子路径的形成和持续的副反应消耗。当正负极因隔膜破损、金属异物刺穿或极片错位直接接触时，会形成低电阻电子通道。即使电池处于静置状态，电子也会通过短路点从负极直接流向正极（相当于内部持续放电），导致电量自发流失。且短路点的局部高温又会产生电解液的副反应，加剧了自放电的衰减。

3.严重情况会引起热失控：

局部短路点处消耗过多电解液从而生产一系列副反应导致电池局部产热，起初通过极片与电解液发生传导，温度上升至一定程度，隔膜发生熔融，引发大面积失控，最终达到热失控。

所以，叠片或卷绕过程中发生的短路情况我们要引起足够的重视。保证电芯尺寸严格按照要求，保证隔膜包覆设计，减少来料极片缺陷如毛刺，金属碎屑等，并严格控制环境粉尘管控。