随着全球能源结构向低碳化、清洁化转型，锂（钠）离子电池作为重要的储能载体，其材料研发与性能评估已成为新能源行业的关键课题。而扣式电池作为新材料的电化学性能测试和评价的重要一环，其组装质量直接关系到新材料性能的准确评估。然而，传统人工组装受限于操作者经验差异、环境波动及材料特性，存在组装扣电效率低，批次一致性差等问题，制约了新电极材料的研发效率。随着自动化技术的逐步兴起，通过机械手或线性模组精准组装扣电，有望解决上述问题。

本文基于川源扣电自动组装平台（ACAP系列），系统探究其在三元正极（NCM）、磷酸铁锂（LFP）正极、石墨负极及硅碳负极等典型材料中的适用性，通过对比分析极差、样本标准差（σ）及变异系数（COV）等参数，评估基于自动化技术组装的扣电的一致性，为纽扣电池组装的标准化提供理论依据与工程化参考。

1. 扣式电池的组装流程

扣式电池的制备流程是电极材料从原材料粉体到成品电池的过程，其工艺精度与标准化水平决定了材料电化学性能评估的准确性。如图1所示，该制备过程需经过材料配比、搅拌，浆料涂布，极片干燥、辊压、冲片、称重、真空烘烤，再到电池组装和测试。

2. 组装扣式电池的痛点分析

当前实验室及小批量生产中的扣式电池人工组装存在显著痛点，制约性能评估准确性与研发效率。主要问题包括：1） 极片卷曲难对齐：尤其单面涂布硅碳负极因薄且柔，辊压后应力释放易卷曲；2） 定位精度差：人工定位偏差导致极片偏移率高，影响电化学性能一致性；3） 同心度难控：依赖手感与经验，电极直径微小差异导致装片位置误差累积；4） 过程不可溯源：异常测试数据难以追溯至材料、操作或装配环节；5） 批次管理混乱：人工记录易出错，信息不匹配导致数据失真；6） 交叉污染风险：同一工具接触多材料易致正负极污染；7） 人员依赖性强：培训周期长、组装稳定性差、良率低，高强度工作加剧疲劳与失误。

3. HiCY扣电自动组装平台

HiCY扣电自动组装平台，是一款基于XYZ三维导轨与分区布局设计、集成全自动高精度操作与电解液快速浸润工艺的仪器，实现扣式电池高通量、标准化组装与测试。

产品特色 

1. 全自动高精度组装：三轴线性模组实现0.05mm定位精度；采用14爪转盘快速吸取两组物料，提升组装效率；采用反装解决极片卷曲组装误差大的问题；设备配备两个组装平台，有效提升组装效率。

2. 高通量高效率：设备支持一次性连续制作42ea纽扣电池，组装效率20s/ea。

3. 电解液快速浸润工艺：独特工艺实现电池即装即测，提升效率与测试便捷性，在铆压时对纽扣电池进行抽气动作，使得电解液快速浸润极片。自动注液模块采用精密丝杆推拉式陶瓷柱塞计量泵，实现高精度定量注液（精度±3‰）。

4. 视觉检测系统：快速对物料进行圆心定位和外观异物识别剔除，大大提高扣电组装后物料的同心度。

5. 具备柔性：能够组装CR2025纽扣电池（兼容CR20系列电池）。

6. 数据库建立：极片称量时的信息通过电子秤无缝衔接到设备中，并建立对应的数据库。

7. 用户友好设计: 触摸屏简化操作，界面直观，降低使用门槛。

应用案例

1. 人工与自动扣电设备组装数据对比

如表1所示，硅碳材料充放电克容量自动组装的极差值为11.70~14.70mAh/g，σ值约3.54~4.64，COV值约0.17~0.25%。人工组装的极差值为13.40~23.74mAh/g，σ值约4.37~7.16，COV值约0.21~0.38%。从图3可以看出，自动组装与人工组装的扣电克容量平均值接近，但结合表1的统计数据，自动组装的数据稳定性优于人工组装。评估了硅碳半电池的电化学性能，解决了人工组装中因操作差异导致的性能评估偏差，为新材料研发提供了高效、可靠的解决方案。

2. 对LFP正极片进行扣电自动组装

如图4左图所示，每组充/放电克容量的极差值均小于1.2mAh/g；每组充/放电克容量的sigma值均小于0.4；每组充/放电克容量的COV值均小于0.2%。如图4右图所示，每组首效的极差值均小于0.68%；每组首效的sigma值均小于0.23；每组首效的COV值均小于0.23%，这表明自动组装的LFP半电池的电化学性能稳定性且一致性较好。

3. 对三元正极片进行扣电自动组装

如图5左图所示，每组充/放电克容量的sigma值均小于0.39；每组充/放电克容量的极差值均小于1.3mAh/g；每组充/放电克容量的COV值均小于0.2%。如图5右图所示，每组首效的极差值均小于0.58%；每组首效的sigma值均小于0.24；每组首效的COV值均小于0.27%，这表明自动组装的三元半电池的首效稳定性和充放电一致性较好。

4.对石墨负极片进行扣电自动组

如图6所示，每组放电克容量的sigma值小于0.69，每组充电克容量的sigma值小于0.41；每组放电克容量的极差值小于2.3mAh/g，每组充电克容量的极差值小于1.36mAh/g；每组充/放电克容量的COV值均小于0.19%。如图6所示，每组首效的极差值均小于0.60%；每组首效的sigma值均小于0.19；每组首效的COV值均小于0.19%，这表明自动组装的石墨半电池的克容量波动小，首效稳定性好。

5. 对硅碳负极片进行扣电自动组装

如图7所示，每组放/充电克容量的sigma值均小于6。每组放电克容量的极差值小于19.5mAh/g，每组充电克容量的极差值小于20mAh/g；每组充/放电克容量的COV值均小于0.31%。如图7所示，每组首效的极差值均小于0.39%；每组首效的sigma值均小于0.17；每组首效的COV值均小于0.18%，这表明自动组装的硅碳半电池的首效波动小。扣电自动组装设备系统有效评估了锂(钠)电正、负极材料电化学性能，保证了扣电组装的一致性，为组装纽扣电池的标准化提供理论依据与工程化参考。

4. 结语

扣电自动组装设备解决了传统人工组装中极片偏移、电池一致性差、批次管理混乱等问题，将材料评估效率提升300%以上，为高膨胀硅碳负极、高镍三元正极等前沿材料的研发提供了标准化测试基准，推动了锂（钠）电池材料从实验室到产业化的快速迭代。随着固态电解质、金属负极等新体系的崛起，扣电自动组装设备需进一步突破超高压封装（>20MPa）、多物理场耦合建模等技术瓶颈，支撑下一代高能量密度电池的系统化评估，成为新能源材料创新链条中不可或缺的一环。