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隨著全球能源結(jié)構向低碳化、清潔化轉(zhuǎn)型，鋰（鈉）離子電池作為重要的儲能載體，其材料研發(fā)與性能評估已成為新能源行業(yè)的關鍵課題。而扣式電池作為新材料的電化學性能測試和評價的重要一環(huán)，其組裝質(zhì)量直接關系到新材料性能的準確評估。然而，傳統(tǒng)人工組裝受限于操作者經(jīng)驗差異、環(huán)境波動及材料特性，存在組裝扣電效率低，批次一致性差等問題，制約了新電極材料的研發(fā)效率。隨著自動化技術的逐步興起，通過機械手或線性模組精準組裝扣電，有望解決上述問題。

本文基于川源扣電自動組裝平臺（ACAP系列），系統(tǒng)探究其在三元正極（NCM）、磷酸鐵鋰（LFP）正極、石墨負極及硅碳負極等典型材料中的適用性，通過對比分析極差、樣本標準差（σ）及變異系數(shù)（COV）等參數(shù)，評估基于自動化技術組裝的扣電的一致性，為紐扣電池組裝的標準化提供理論依據(jù)與工程化參考。

1. 扣式電池的組裝流程

扣式電池的制備流程是電極材料從原材料粉體到成品電池的過程，其工藝精度與標準化水平?jīng)Q定了材料電化學性能評估的準確性。如圖1所示，該制備過程需經(jīng)過材料配比、攪拌，漿料涂布，極片干燥、輥壓、沖片、稱重、真空烘烤，再到電池組裝和測試。

2. 組裝扣式電池的痛點分析

當前實驗室及小批量生產(chǎn)中的扣式電池人工組裝存在顯著痛點，制約性能評估準確性與研發(fā)效率。主要問題包括：1） 極片卷曲難對齊：尤其單面涂布硅碳負極因薄且柔，輥壓后應力釋放易卷曲；2） 定位精度差：人工定位偏差導致極片偏移率高，影響電化學性能一致性；3） 同心度難控：依賴手感與經(jīng)驗，電極直徑微小差異導致裝片位置誤差累積；4） 過程不可溯源：異常測試數(shù)據(jù)難以追溯至材料、操作或裝配環(huán)節(jié)；5） 批次管理混亂：人工記錄易出錯，信息不匹配導致數(shù)據(jù)失真；6） 交叉污染風險：同一工具接觸多材料易致正負極污染；7） 人員依賴性強：培訓周期長、組裝穩(wěn)定性差、良率低，高強度工作加劇疲勞與失誤。

3. HiCY扣電自動組裝平臺

HiCY扣電自動組裝平臺，是一款基于XYZ三維導軌與分區(qū)布局設計、集成全自動高精度操作與電解液快速浸潤工藝的儀器，實現(xiàn)扣式電池高通量、標準化組裝與測試。

產(chǎn)品特色 

1. 全自動高精度組裝：三軸線性模組實現(xiàn)0.05mm定位精度；采用14爪轉(zhuǎn)盤快速吸取兩組物料，提升組裝效率；采用反裝解決極片卷曲組裝誤差大的問題；設備配備兩個組裝平臺，有效提升組裝效率。

2. 高通量高效率：設備支持一次性連續(xù)制作42ea紐扣電池，組裝效率20s/ea。

3. 電解液快速浸潤工藝：獨特工藝實現(xiàn)電池即裝即測，提升效率與測試便捷性，在鉚壓時對紐扣電池進行抽氣動作，使得電解液快速浸潤極片。自動注液模塊采用精密絲桿推拉式陶瓷柱塞計量泵，實現(xiàn)高精度定量注液（精度±3‰）。

4. 視覺檢測系統(tǒng)：快速對物料進行圓心定位和外觀異物識別剔除，大大提高扣電組裝后物料的同心度。

5. 具備柔性：能夠組裝CR2025紐扣電池（兼容CR20系列電池）。

6. 數(shù)據(jù)庫建立：極片稱量時的信息通過電子秤無縫銜接到設備中，并建立對應的數(shù)據(jù)庫。

7. 用戶友好設計: 觸摸屏簡化操作，界面直觀，降低使用門檻。

應用案例

1. 人工與自動扣電設備組裝數(shù)據(jù)對比

如表1所示，硅碳材料充放電克容量自動組裝的極差值為11.70~14.70mAh/g，σ值約3.54~4.64，COV值約0.17~0.25%。人工組裝的極差值為13.40~23.74mAh/g，σ值約4.37~7.16，COV值約0.21~0.38%。從圖3可以看出，自動組裝與人工組裝的扣電克容量平均值接近，但結(jié)合表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自動組裝的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性優(yōu)于人工組裝。評估了硅碳半電池的電化學性能，解決了人工組裝中因操作差異導致的性能評估偏差，為新材料研發(fā)提供了高效、可靠的解決方案。

2. 對LFP正極片進行扣電自動組裝

如圖4左圖所示，每組充/放電克容量的極差值均小于1.2mAh/g；每組充/放電克容量的sigma值均小于0.4；每組充/放電克容量的COV值均小于0.2%。如圖4右圖所示，每組首效的極差值均小于0.68%；每組首效的sigma值均小于0.23；每組首效的COV值均小于0.23%，這表明自動組裝的LFP半電池的電化學性能穩(wěn)定性且一致性較好。

3. 對三元正極片進行扣電自動組裝

如圖5左圖所示，每組充/放電克容量的sigma值均小于0.39；每組充/放電克容量的極差值均小于1.3mAh/g；每組充/放電克容量的COV值均小于0.2%。如圖5右圖所示，每組首效的極差值均小于0.58%；每組首效的sigma值均小于0.24；每組首效的COV值均小于0.27%，這表明自動組裝的三元半電池的首效穩(wěn)定性和充放電一致性較好。

4.對石墨負極片進行扣電自動組

如圖6所示，每組放電克容量的sigma值小于0.69，每組充電克容量的sigma值小于0.41；每組放電克容量的極差值小于2.3mAh/g，每組充電克容量的極差值小于1.36mAh/g；每組充/放電克容量的COV值均小于0.19%。如圖6所示，每組首效的極差值均小于0.60%；每組首效的sigma值均小于0.19；每組首效的COV值均小于0.19%，這表明自動組裝的石墨半電池的克容量波動小，首效穩(wěn)定性好。

5. 對硅碳負極片進行扣電自動組裝

如圖7所示，每組放/充電克容量的sigma值均小于6。每組放電克容量的極差值小于19.5mAh/g，每組充電克容量的極差值小于20mAh/g；每組充/放電克容量的COV值均小于0.31%。如圖7所示，每組首效的極差值均小于0.39%；每組首效的sigma值均小于0.17；每組首效的COV值均小于0.18%，這表明自動組裝的硅碳半電池的首效波動小?？垭娮詣咏M裝設備系統(tǒng)有效評估了鋰(鈉)電正、負極材料電化學性能，保證了扣電組裝的一致性，為組裝紐扣電池的標準化提供理論依據(jù)與工程化參考。

4. 結(jié)語

扣電自動組裝設備解決了傳統(tǒng)人工組裝中極片偏移、電池一致性差、批次管理混亂等問題，將材料評估效率提升300%以上，為高膨脹硅碳負極、高鎳三元正極等前沿材料的研發(fā)提供了標準化測試基準，推動了鋰（鈉）電池材料從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的快速迭代。隨著固態(tài)電解質(zhì)、金屬負極等新體系的崛起，扣電自動組裝設備需進一步突破超高壓封裝（>20MPa）、多物理場耦合建模等技術瓶頸，支撐下一代高能量密度電池的系統(tǒng)化評估，成為新能源材料創(chuàng)新鏈條中不可或缺的一環(huán)。