鋰離子電池入門(mén)工藝

鋰離子電池入門(mén)工藝

目錄

1.鋰離子電池基本原理

2.鋰離子電池的基本構造

3.鋰離子電池各工藝要點(diǎn)

4.鋰離子電池基本概念  

1.鋰離子電池基本原理

以鈷酸鋰-石墨體系為例: 

正極上發(fā)生的反應為

LiCoO₂ = Li_1-xCoO_{2 + xLi⁺+xe^- (電子)}

負極上發(fā)生的反應為

6C + xLi⁺ + xe^- (電子) =Li_xC₆

2.鋰離子電池基本構造

2.1 正極構造

活性物質(zhì)+導電劑+粘結劑+集流體(鋁箔)

正極配方:

2.2 負極構造

活性物質(zhì)+導電劑+增稠劑+粘結劑+集流體(銅箔)

負極配方:

2.3 隔膜構造

聚烯烴隔膜的結構及特點(diǎn)

濕法隔膜

2.4 蓋帽構造

3.鋰離子電池各工藝控制要點(diǎn)

3.1配料合漿:

正(負)極漿料配制，是將正(負)極活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑等正(負)極物質(zhì)混合在一起的混料過(guò)程，混料是把電池活性物質(zhì)材料和輔料，在溶劑中進(jìn)行高度分散形成牛頓型高粘度流體，達到將活性物質(zhì)、導電劑、粘結劑及其它添加劑充分混合，均均分散的目的。

控制點(diǎn)

(1)原料要符合工藝要求，如材料種類(lèi)型號，各組分的加入量;

(2)正極不能帶入水分;

(3)設備注意干燥，控制室內濕度;

(4)PVDF溶解過(guò)程比較緩慢，制漿前需提前溶解PVDF于NMP中，CMC也是較難溶液，制漿前需提前溶解CMC于水中;PVDF和CMC要充分溶解，分散均勻，如果存在顆粒的粘結劑或增稠劑必須增加攪拌時(shí)間或者更改攪拌工藝; (5)加入導電劑和活性物質(zhì)后，漿料應均勻- -致，沒(méi)有團聚的顆粒，并且漿料中氣泡應除盡，正極粘度: 4000-10000mpa.s,負極粘度: 1500mpa.s， 漿料粘度和固含量對涂漿工藝影響至關(guān)重要。

固含量測試方法:

固含量=固化后漿料質(zhì)量/漿料質(zhì)量*100%

3.2涂漿(布)與干燥:

涂布過(guò)程是把漿料涂敷到集流體上，干燥是將漿料中溶劑全部除去。鋰電池極片涂布時(shí)，與一般的涂料涂布明顯不同:漿料濕涂層較厚，漿料為牛頓型高粘度流體，流體流動(dòng)是所需剪應力，隨

流速的改變而改變。涂布厚度的調整很難根據一個(gè)標準的方式進(jìn)行，這也是涂布機涂布過(guò)程中的難點(diǎn)。它對操作者的熟練程度、經(jīng)驗要求很高。極片涂布的準確度要求很高，厚度偏差約士3um,

因此對設備要求很高。

控制點(diǎn)

(1)要盡可能保證涂布的一致性，操作時(shí)應注意漿料粘度的變化、料斗上液面高度的變化、涂布速度的變化; (2)鋁箔上漿料薄層進(jìn)入烤箱干燥，除去NMP溶劑(NMP沸點(diǎn)202°C,閃點(diǎn)95°C)。干燥過(guò)慢，涂層表面有流動(dòng)性，厚度不穩定，干燥過(guò)快，表面形成PVDF膜層，內部的NMP溶劑揮發(fā)會(huì )造成表面層起皺現象，為保證NMP均勻蒸發(fā)，通常采用分段干燥，中間段溫度最高。正極-般為100-130°C,負極若采用水性體系，干燥溫度一般為75-90°C; 還有干燥過(guò)程NMP揮發(fā)，涂布漿料的組成不斷變化，所以配制漿料的NMP溶劑的量、升溫方式和加熱時(shí)間，對此都有影響;

(3)加熱溫度或時(shí)間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結劑溶解,造成活性物質(zhì)剝落;加熱溫度過(guò)高，則粘結劑發(fā)生晶化，也會(huì )使活性物質(zhì)剝落，從而造成電芯內短路。另外，干燥溫度和烘干時(shí)間不合適還會(huì )造成鋁箔氧化和極片偏濕;

(4)涂布和干燥要做到首件三檢-厚度、質(zhì)量、尺寸符合要求，并定時(shí)檢驗對應的拉漿速度、烘烤時(shí)間、間隙等。

關(guān)于條痕暗痕的解釋:

暗痕是由于涂布時(shí)，極片表面部分厚度不均,出現色差，顯示外觀(guān)為暗痕。厚度不均的原因可能是： (1)在拉漿過(guò)程中因刀口有異物或刀口表面不平整(有豁口)，造成極片表面厚度不均勻的現象;

(2)在輥壓前或輥壓后出現的呈線(xiàn)狀的痕跡。多因刀口未打開(kāi)的顆粒，或有小的干漿料卡在刀口上所致。

FT-1暗痕的SEM圖:

3.3壓光與切片

極片經(jīng)過(guò)壓實(shí)， 一方面可以增加極片的比容量，使活性物質(zhì)欲導電劑、集流體充分接觸，有利于活性物質(zhì)電化學(xué)性能充分發(fā)揮;另一方面，滾壓后極片強度提高，光潔度增大，有利于后續工藝加工，減少損耗。

控制點(diǎn)

(1)滾壓應注意厚度符合工藝要求;

(2)壓片時(shí)應注意氣泡、掉料、極片變形、波浪邊等;

(3)對輥機輥徑越大越好;

(4)極片分切尺寸規格符合工藝要求，不掉料、無(wú)波浪邊，毛刺符合工藝要求;

控制點(diǎn)

(1)無(wú)掉粉，波浪邊;

(2)極片尺寸符合工藝要求;

(3)貼膠及極耳焊接符合要求;

(4)毛刺符合工藝要求。

3.5 卷繞入殼點(diǎn)底焊滾槽

遵循負極包住正極原則有以下控制點(diǎn):

(1)卷繞頭部尾部，負極超出正極5mm以上;

(2)極片邊緣負極包住正極(X-ray檢測)。

PS:測試電芯是否內部短路，公司有哪幾項措施?

(3)點(diǎn)底焊符合工藝要求焊接拉力，不虛焊，不過(guò)焊。

(4)滾槽符合工藝尺寸，無(wú)掉鍍層等外觀(guān)問(wèn)題，無(wú)翹墊片現象。

內部短路問(wèn)題：

3.6 烘烤注液

所有的控制點(diǎn)最主要的目的:水分控制！

水分不合格的后果:電芯化成分容后CID翻轉、電芯低容低壓、循環(huán)差等等問(wèn)題。

此外:電芯注液量也是重要控制點(diǎn)。

3.7封口

控制點(diǎn):

(1)滿(mǎn)足封口工藝尺寸;

(2)氣密性滿(mǎn)足要求;

(3)無(wú)外觀(guān)問(wèn)題。

3.8化成分容

化成:根據工藝要求設置工步，小電流放電，最終電壓不高于3.7V; 分容:根據工藝要求設置分容工步;

PS:溫度對化成和容量的影響較大，所以要控制車(chē)間溫度。

化成目的:

(1)激活正負極材料;

(2)負極形成SEI膜。

成膜反應一般在:電壓<1. 2V 電壓<2.5V，主要是H2和C02產(chǎn)生，電壓>3. 0V,EC、EMC、 DMC分解，產(chǎn)生其它烷烴類(lèi)氣體，電芯3.0-3.5V產(chǎn)氣最多，3. 5V后SEI膜基本生成，電壓> 3. 8V，DMC和EMC分 解產(chǎn)氣為主。

4.鋰離子電池基本概念

電壓:電器工作時(shí)的電壓3.0-4.2/2.5-4.2(單位: V)，放電時(shí)，電壓不停下降，平臺電壓指占整個(gè)放電時(shí)間的絕大部分的那段電壓，一般標稱(chēng)電壓是平臺電壓的中心電壓，在此電壓附近，充電和放電時(shí)電壓變化都很慢。

內阻:電芯本身的電化學(xué)阻抗，包括歐姆電阻核電化學(xué)電阻，大電流放電時(shí)，內阻對放電特性的影響尤為明顯(單位: m92)。

容量:指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時(shí)間的積分(單位: mAh或Ah) 。

倍率:指電芯按照標稱(chēng)容量的倍數放電下，其放電能力的表述。

循環(huán):指二次電池按照一定 的制度進(jìn)行充放電，其性能衰減到某一程度時(shí)的循環(huán)次數。

存儲性能:貯存性能。電池貯存一段時(shí)間后， 會(huì )因某些因素的影響使性能發(fā)生變化，導致電池自放電，電解液泄漏，電池短路等。

放電特性:是指電池在一定的放電制度下，其工作電壓的平穩性，電壓平臺的高低以及大電流放電性能等，它表明電池代負載的能力。

IEC61960規定，圓柱形和方形電池的規則如下:

圓柱形電池，3個(gè)字母后連5個(gè)數字。3個(gè)字母，I表示有內置的鋰離子，L表示鋰金屬或鋰合金電極。第二個(gè)字母表示正極材料，C表示鈷，N表示鎳，M表示錳，V表示釩。第三個(gè)字母為R表示圓柱形。

5個(gè)數字，前2個(gè)數字表示直徑，后3個(gè)數字表示高度，單位都為mm。

如: ICR 18650就是直徑為18mm,高度為65mm的通用的18650圓柱形電池。

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