鋰離子電池入門工藝
鋰離子電池入門工藝
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
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:
正極上發生的反應為
LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi++xe- (電子)
負極上發生的反應為
6C + xLi+ + xe- (電子) =LixC6
2.鋰離子電池基本構造
2.1 正極構造
活性物質+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+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
濕法隔膜
2.4 蓋帽構造
3.鋰離子電池各工藝控制要點
3.1配料合漿:
正(負)極漿料配制，是將正(負)極活性物質、導電劑、粘結劑等正(負)極物質混合在一起的混料過程，混料是把電池活性物質材料和輔料，在溶劑中進行高度分散形成牛頓型高粘度流體，達到將活性物質、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
(1)原料要符合工藝要求，如材料種類型號，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間或者更改攪拌工藝; (5)加入導電劑和活性物質后，漿料應均勻- -致，沒有團聚的顆粒，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重要。
固含量測試方法:
固含量=固化后漿料質量/漿料質量*100%
3.2涂漿(布)與干燥:
涂布過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，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標準的方式進行，這也是涂布機涂布過程中的難點。它對操作者的熟練程度、經驗要求很高。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
(1)要盡可能保證涂布的一致性，操作時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)鋁箔上漿料薄層進入烤箱干燥，除去NMP溶劑(NMP沸點202°C,閃點95°C)。干燥過慢，涂層表面有流動性，厚度不穩定，干燥過快，表面形成PVDF膜層，內部的NMP溶劑揮發會造成表面層起皺現象，為保證NMP均勻蒸發，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; 還有干燥過程NMP揮發，涂布漿料的組成不斷變化，所以配制漿料的NMP溶劑的量、升溫方式和加熱時間，對此都有影響;
(3)加熱溫度或時間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結劑溶解,造成活性物質剝落;加熱溫度過高，則粘結劑發生晶化，也會使活性物質剝落，從而造成電芯內短路。另外，干燥溫度和烘干時間不合適還會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、質量、尺寸符合要求，并定時檢驗對應的拉漿速度、烘烤時間、間隙等。
關于條痕暗痕的解釋:
暗痕是由于涂布時，極片表面部分厚度不均,出現色差，顯示外觀為暗痕。厚度不均的原因可能是： (1)在拉漿過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狀的痕跡。多因刀口未打開的顆粒，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
極片經過壓實， 一方面可以增加極片的比容量，使活性物質欲導電劑、集流體充分接觸，有利于活性物質電化學性能充分發揮;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
(1)滾壓應注意厚度符合工藝要求;
(2)壓片時應注意氣泡、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、無波浪邊，毛刺符合工藝要求;
3.4 極片
控制點
(1)無掉粉，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 卷繞入殼點底焊滾槽
遵循負極包住正極原則有以下控制點:
(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)點底焊符合工藝要求焊接拉力，不虛焊，不過焊。
(4)滾槽符合工藝尺寸，無掉鍍層等外觀問題，無翹墊片現象。
內部短路問題：
3.6 烘烤注液
所有的控制點最主要的目的: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、循環差等等問題。
此外:電芯注液量也是重要控制點。
3.7封口
控制點:
(1)滿足封口工藝尺寸;
(2)氣密性滿足要求;
(3)無外觀問題。
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產生，電壓>3. 0V,EC、EMC、 DMC分解，產生其它烷烴類氣體，電芯3.0-3.5V產氣最多，3. 5V后SEI膜基本生成，電壓> 3. 8V，DMC和EMC分 解產氣為主。
4.鋰離子電池基本概念
電壓:電器工作時的電壓3.0-4.2/2.5-4.2(單位: V)，放電時，電壓不停下降，平臺電壓指占整個放電時間的絕大部分的那段電壓，一般標稱電壓是平臺電壓的中心電壓，在此電壓附近，充電和放電時電壓變化都很慢。
內阻:電芯本身的電化學阻抗，包括歐姆電阻核電化學電阻，大電流放電時，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，即電流對時間的積分(單位: mAh或Ah) 。
倍率:指電芯按照標稱容量的倍數放電下，其放電能力的表述。
循環:指二次電池按照一定 的制度進行充放電，其性能衰減到某一程度時的循環次數。
存儲性能:貯存性能。電池貯存一段時間后， 會因某些因素的影響使性能發生變化，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個字母后連5個數字。3個字母，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。第三個字母為R表示圓柱形。
5個數字，前2個數字表示直徑，后3個數字表示高度，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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