电芯叠片关键控制要素及失效分析

极片/隔膜张力控制

现象：张力过大、过小或不稳定。
失效分析：
❶隔膜褶皱/拉伸变形：张力过大会导致隔膜变薄甚至破损(尤其干法隔膜易破损),降低机械强度；张力过小易导致堆叠时产生褶皱
❷极片变形/断裂：张力过大会导致脆性电极材料(如高镍正极、硅负极)开裂或断裂。
❸对齐精度下降：张力波动导致极片/隔膜在堆叠过程中位置偏移。
影响：
❶内短路风险↑：褶皱或破损点易被毛刺刺穿或长期受压失效。
❷循环寿命↓：活性材料损失,界面接触不良
❸自放电↑：微短路点导致局部漏电流。

叠片精度控制（定位精度）

现象：X/Y方向错位超出公差（通常要求<±0.3mm，高端要求<±0.1mm）。
失效分析：
❶极耳错位：影响后续焊接质量和电流分布均匀性。
❷正负极活性面投影不匹配：边缘区域易析锂(负极超出正极)或容量损失(正极超出负极)
❸隔膜边缘覆盖不足：增加极片边缘毛刺刺穿隔膜风险。
影响：
❶析锂↑：导致容量衰减加速、热失控风险↑
❷内阻↑：焊接不良、电流分布不均。
❸循环寿命↓&安全性↓。

隔膜裁切控制

现象：毛边、裂口、尺寸超差、污染。
失效分析：
❶直接短路通道：裁切毛刺或裂口在堆叠或注液后受压易被刺穿。
❷对齐困难：尺寸偏差影响叠片精度。
影响：
❶高内短路风险：可能直接导致失效或引发热失控。
❷自放电异常↑。

极片裁切控制（毛刺）

现象：切割边缘金属毛刺（铜箔/铝箔）过大（通常要求<10μm）。
失效分析：
❶刺穿隔膜：毛刺在堆叠压力或循环膨胀下刺穿隔膜，造成内短路。
❷活性物质脱落：切割过程导致涂层边缘结合力下降。
影响：
❶严重安全隐患：热失控风险↑。
❷自放电↑。

洁净度控制（环境/材料）

现象：环境粉尘超标、极片/隔膜表面金属颗粒、粉尘、纤维污染。
失效分析：
❶金属异物导通：金属颗粒(如Fe, Cu, Zn)嵌入正负极之间形成导电路径。
❷非金属异物阻塞：粉尘、纤维阻碍锂离子传输或导致局部析锂。
❸隔膜堵塞/损伤：大颗粒可能划伤或堵塞隔膜孔隙。
影响：
❶内短路：金属异物是主要诱因之一。
❷局部高阻抗/析锂：导致容量衰减、循环寿命↓。
❸自放电↑。

层压压力/温度/时间参数控制

现象：压力过大/过小、压力不均、温度过高/过低、时间不足。
失效分析：
❶压力过大/温度过高：隔膜闭孔或穿孔；极片涂层结构破坏。
❷压力过小/温度过低/时间短：极片-隔膜-极片间界面接触不良，孔隙填充不足；层间粘结力不足，易在后续工序或充放电中发生相对位移。
❸压力不均：导致电芯厚度不一致、界面接触差异大。
影响：
❶内阻↑：界面接触电阻增大是主因。
❷倍率性能↓&循环寿命↓：离子/电子传输受阻
❸厚度一致性差：影响模组装配和散热。
❹安全风险↑：隔膜损伤或界面失效。

静电控制

现象：未有效消除极片（尤其是负极）和隔膜在高速运动中的静电积累。
失效分析：
❶吸附粉尘/异物：带电材料易吸附环境中的颗粒污染物。
❷操作困难：隔膜因静电粘连导致送料不畅或折叠。
影响：加剧洁净度问题，增加异物引入风险，导致洁净度不良。

极片/隔膜收放卷控制

现象：卷材蛇形跑偏、起皱、张力波动大、表面划伤。
失效分析：间接导致张力失控、叠片精度下降、材料损伤/污染。
影响：综合了张力、精度、洁净度等多方面质量问题。

总结：
❶内短路：自放电大、失效、热失控
原因：毛刺、隔膜损伤、粉尘(金属)、错位
❷析锂：容量衰减快、内阻增大、热失控
原因：错位、界面接触不良(压力),异物阻塞
❸高内阻：倍率性能差,发热量大,能量效率低
原因：界面接触不良(压力)、错位(焊接)
❹容量低/衰减快：达不到设计容量、循环寿命短
原因：活性材料损失（张力/裁切）、析锂
❺厚度/外观不良：装配困难,模组散热不均
原因：压力不均、材料褶皱、错位累积
❻自放电异常：存储性能差、电压降大
原因：微短路（粉尘、毛刺、隔膜缺陷）

叠片工序的本质是精确、洁净、无损地将正极、隔膜、负极按设计位置堆叠成一个紧密、稳定的三明治结构。精度、洁净度、界面完整性是三大核心目标。任何导致位置偏移、引入异物、损伤材料（尤其是隔膜）、破坏界面良好接触的参数失控，都会直接或间接地损害电芯的性能、寿命和安全性。