鋰離子電池生產(chǎn)配料基礎(chǔ)知識(shí)

1、鋰離子電池生產(chǎn)配料基礎(chǔ)知識(shí)一、電極的組成：1、正極組成：a、鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提供鋰源。b、導(dǎo)電劑：提高正極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。c、PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。d、正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。2、負(fù)極組成：a、石墨：負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì)；主要分為天然石墨和人造石墨兩大類(lèi)。b、導(dǎo)電劑：提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高反應(yīng)深度及利用率。防止枝晶的產(chǎn)生。利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。（可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加）。c、添

2、加劑：降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。d、水性粘合劑：將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。e、負(fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。二、配料目的：配料過(guò)程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起，調(diào)制成漿料，以利于均勻涂布，保證極片的一致性。配料大致包括五個(gè)過(guò)程，即：原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。配（一）、正極配料原理1、原料的理化性能。（1）鈷酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8m，含水量0.2%，通常為堿性，PH值為10-11左右。錳酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7m，含水量0.2%，通常為弱堿性，PH值為8左右。（

3、2）導(dǎo)電劑：非極性物質(zhì)，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值300，粒徑一般為2-5m；主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等，在大批量應(yīng)用時(shí)一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配；通常為中性。（3）PVDF（聚偏二氟乙烯）粘合劑：非極性物質(zhì)，鏈狀物，分子量從300，000到3，000，000不等；吸水后分子量下降，粘性變差。（4）NMP（N-甲基吡洛烷酮）：弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。2、原料的預(yù)處理（1）鈷酸鋰：脫水。一般用120常壓烘烤2小時(shí)左右。（2）導(dǎo)電劑：脫水。一般用200常壓烘烤2小時(shí)左右。（3）粘合劑：脫水。一般用120-140常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大

4、小決定。（4）NMP：脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施，直接使用。3、原料的摻和：（1）粘合劑的溶解（按標(biāo)準(zhǔn)濃度）及熱處理。（2）鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨：使粉料初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間一般為2小時(shí)左右；為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。4、干粉的分散、浸濕：（1）原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開(kāi)始爭(zhēng)奪固體表面；如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng)，液體不能浸濕固體；如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣

5、體擠出。當(dāng)潤(rùn)濕角90度，固體浸濕。當(dāng)潤(rùn)濕角90度，固體不浸濕。正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕，所以正極粉料分散相對(duì)容易。（2）分散方法對(duì)分散的影響：A、靜置法（時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu)）；B、攪拌法；自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)（時(shí)間短，效果佳，但有可能損傷個(gè)別材料的自身結(jié)構(gòu)）。1、攪拌槳對(duì)分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來(lái)對(duì)付分散難度大的材料或配料的初始階段；球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài)，效果佳。2、攪拌速度對(duì)分散速度的影響。一般說(shuō)來(lái)攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。3、濃度對(duì)分散速

6、度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。4、濃度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大，柔制強(qiáng)度越大，粘接強(qiáng)度越大；濃度越低，粘接強(qiáng)度越小。5、真空度對(duì)分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度；材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。6、溫度對(duì)分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。5、稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。（二）、負(fù)極配料原理（大致與正極配料原理相同）1、原料的理化性能。（1）石墨：非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)中分

7、散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20m左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。（2）水性粘合劑（SBR：丁苯橡膠）：小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。（3）防沉淀劑（CMC：羧甲基纖維素）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。（4）異丙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。乙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度（異丙醇和乙醇的作

8、用從本質(zhì)上講是一樣的，大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種）。（5）去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。2、原料的預(yù)處理：（1）石墨：A、混合，使原料均勻化，提高一致性。B、300400常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角（有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低）。（2）水性粘合劑：適當(dāng)稀釋?zhuān)岣叻稚⒛芰Α?、摻和、浸濕和分散：（1）石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。（2）可先用醇水溶液將石墨初步潤(rùn)濕，再與粘合劑溶液混合。（3）應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。（4）分散過(guò)程為減少極性物與非極性物距離，提高勢(shì)能或表面能，

9、所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時(shí)提高流動(dòng)性，降低分散難度。（5）攪拌過(guò)程如加入真空脫氣過(guò)程，排除氣體，促進(jìn)固-液吸附，效果更佳。（6）分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容，在三、（一）、4中有詳細(xì)論述，在此不予詳細(xì)解釋。4、稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。四、配料注意事項(xiàng)：1、防止混入其它雜質(zhì)；2、防止?jié){料飛濺；3、漿料的濃度（固含量）應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩；4、在攪拌的間歇過(guò)程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻；5、漿料不宜長(zhǎng)時(shí)間擱置，以免沉淀或均勻性降低；6、需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料

10、性質(zhì)變化；7、攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短以設(shè)備性能、材料加入量為主；攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換，無(wú)法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整，以免損傷設(shè)備；8、出料前對(duì)漿料進(jìn)行過(guò)篩，除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶；9、對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以免釀成大禍；10、配料的關(guān)鍵在于分散均勻，掌握該中心，其它方式可自行調(diào)整。五、總論：隨著電池制程的日益透明，鋰離子電池生產(chǎn)廠家越來(lái)越將配料列為核心機(jī)密，因?yàn)閺牟牧系奶暨x、處理到合理搭配包含了太多技術(shù)人員的心血，同樣的材料，有的廠家用起來(lái)特別順利，有的廠家就麻煩百出；有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池，而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹；本

11、人在此發(fā)表配料的基礎(chǔ)知識(shí)，旨在讓大家對(duì)配料的了解多一些，少走一些彎路；但因本人水平有限，難免有疏漏之處，希望大家多多批評(píng)指正。我也期望大家在工作中認(rèn)真研究，真誠(chéng)交流，大膽創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)起來(lái)，共同促進(jìn)中國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。電池名詞電池:指通過(guò)正負(fù)極之間的反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.一次電池：指無(wú)法進(jìn)行充電，僅能放電的電池，但一次電池容量一般大于同等規(guī)格充電電池，如鋅錳、堿性干電池，鋰扣電池，鋰亞電池等。二次電池：指可反復(fù)充電再循環(huán)的電池，如鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子、鋰聚合物、燃料、鋅、鋁、鎂空氣電池等。額定容量：指電池在充滿電後，空載狀態(tài)下放電至截止電壓時(shí)，所能釋放出的電能量，一般以mAh

12、或Ah（1Ah=1000mAh）符號(hào)來(lái)表示。但如果電池使用時(shí)連接負(fù)載及長(zhǎng)期使用后，電池釋放的電量會(huì)下降。容量由于充放電是在一定的C-倍率條件下進(jìn)行的，因此電池的容量與C-倍率直接相關(guān)。通常情況下電池的標(biāo)稱容量是指0.2C條件下測(cè)試得到的電容量。C-倍率越大，電池的放電率越小。充電容量(Ah或者mAh)=充電電流×充電時(shí)間，放電容量(Ah或者mAh)=放電電流×放電時(shí)間。一般而言，0.2C電流放電基本能夠達(dá)到95%100%放電率，而1C電流放電只能能夠達(dá)到90%放電率左右，由于充電受電池原材料本身特性影響，相應(yīng)需要多充一部分時(shí)間，大致是同等電流放電時(shí)間的120160%，例如，

13、NI-MHAA1800mAh,以0.2C（360mA）充電約需68小時(shí)，而以0.2C（360mA）放電約可以達(dá)到5小時(shí)。額定電壓：指電池正負(fù)極材料因化學(xué)反應(yīng)而造成的電位差,由此產(chǎn)生的電壓值。不同電池由于正負(fù)極材料不同，產(chǎn)生的電壓是不一樣的，如鉛酸：2V/節(jié)，鎳鎘、鎳氫：1.2V/節(jié)，鋰離子電池：3.6V/節(jié)。另外，電池電壓會(huì)隨著充電的過(guò)程而不斷上升至某一值，會(huì)隨著放電的過(guò)程而不斷下降至某一值。開(kāi)路電壓：指電池在沒(méi)有連接外電路或者外負(fù)載時(shí)的電壓。開(kāi)路電壓與電池的剩余能量有一定的聯(lián)系，因此，手機(jī)的電池顯示器是利用這種關(guān)系而制造。內(nèi)阻：指電池內(nèi)部由化學(xué)材料自動(dòng)生成的阻抗，一般而言，內(nèi)阻越小，電池的充

14、放電性能越好。電池內(nèi)阻是一個(gè)非常復(fù)雜而又非常重要的特性，又稱為電池阻抗，包含直流電阻和交流電阻。影響電池內(nèi)阻的因素有：電解質(zhì)的成份；正負(fù)電極片中的成份配方，例如導(dǎo)電碳粉的含量；正負(fù)電極片的幾何面積以及比表面積；金屬基片（銅箔和鋁箔）；電解液與正負(fù)電極片界面狀態(tài)；溫度；充電狀態(tài)（電池的開(kāi)路電壓）；測(cè)量頻率高低；電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。C：用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流大小的比率，即倍率。如1200mAh的電池，0.2C表示240mA（1200mAh的0.2倍率），1C表示1200mA（1200mAh的1倍率）。充放電效率充放電效率也與C（倍率）相關(guān)，在0.2C條件下，聚合物鋰電池的充放電效率應(yīng)該在99.8

15、%。充放電效率=放電容量/充電容量×100%放電截止電壓：指電池充滿電后進(jìn)行放電，放完電時(shí)達(dá)到的電壓（若繼續(xù)放電則為過(guò)度放電，對(duì)電池的壽命和性能有極大的損傷），一般而言，鉛酸電池：1.8V/節(jié)，鎳鎘、鎳氫：1.0V/節(jié)，鋰離子電池：2.75V/節(jié)。開(kāi)路電壓：指電池在無(wú)負(fù)載的情況下，電池正負(fù)極之間的電壓。放電深度：與電池額定容量比較，放電量的比率。過(guò)充（放）電：指超過(guò)電池規(guī)定的充（放）電狀態(tài)，若繼續(xù)充（放）電可能造成電池漏液或劣化。能量密度：指單位體積或單位質(zhì)量所釋放的能量，一般用體積能量密度（wh/l）和質(zhì)量能量密度（wh/kg）表示。自放電：電池充滿電之后，在與外電路沒(méi)有接觸和常溫

16、放置的條件下，其電容量會(huì)自然衰減。在儲(chǔ)存過(guò)程中，電池蓄電容量會(huì)逐漸下降，其減少的容量與額定容量的比例，稱為自放電率（鎳鎘、鎳氫電池與鋰離子電池相比，自放電率較大）。通常，環(huán)境溫度對(duì)其影響較大，過(guò)高溫度會(huì)加速電池的自放電。電池容量衰減（自放電率）的表達(dá)方法和單位為：%/月。鎳鎘、鎳氫電池的自放電率為20-25%/月，鋰電池的自放電率為2-5%/月。循環(huán)壽命：二次電池經(jīng)歷一次充放電稱為一個(gè)周期或一次循環(huán)。在一定的放電制度下，電池容量降至規(guī)定值之前，電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。二次電池在反復(fù)充放電的使用下，電池容量會(huì)逐漸下降，一般以電池的額定容量為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降至其60%或80%時(shí)的充放電

17、次數(shù)稱為循環(huán)壽命。記憶效應(yīng)：電池的記憶效應(yīng)是指為完全放電的電池，在下一次充電時(shí)所能充電的百分比。為了消除電池的記憶效應(yīng)，在下半時(shí)充電之前，必須先完全放電，然后再充電。只有這樣操作，才能百分之百的充滿電池。電池的記憶效應(yīng)給電池的快速充電帶來(lái)了不便。鎳鎘電池在沒(méi)有放完電的情況下進(jìn)行充電，容量可能無(wú)法回到原有標(biāo)準(zhǔn)，但可以通過(guò)深度放電后大電流充電，容量可能會(huì)回復(fù)。鎳氫、鋰電池均無(wú)記憶效應(yīng)。CC/CV：CC即恒流，以固定的電流對(duì)電池充（放）電；CV即恒壓，以固定的電壓對(duì)電池充電，充電電流會(huì)隨著電壓的上升而下降。對(duì)鉛酸電池一般采用恒壓方式充電，對(duì)鎳鎘、鎳氫電池一般采用恒流方式充電，對(duì)鋰離子電池一般采用先恒

18、流后恒壓（4.2V/節(jié)）方式充電。涓流充電：指以小於0.1C電流對(duì)電池充電，一般在電池接近充滿電時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)充充電時(shí)采用，另外，若負(fù)載對(duì)充電時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求的話，建議采用涓流充電方式充電（在此情況下，電池使用壽命較長(zhǎng)）。-V：這是鎳鎘、鎳氫電池充電過(guò)程中的特性（即在電池接近充滿電時(shí)，電壓達(dá)到一個(gè)峰值后，對(duì)其繼續(xù)充電，電壓會(huì)有瞬間的微量下降，一般在35mV之間，充電芯片多根據(jù)-V值對(duì)電池進(jìn)行控制。V/t：這是鎳鎘、鎳氫電池充電過(guò)程中的又一特性（即在電池接近充滿電時(shí)，電池表面溫度會(huì)隨著時(shí)間而快速上升，以每分鐘上升的溫度作為充電截止條件，一般設(shè)定在每分鐘上升1度作為截止點(diǎn)。充放電率(Stateofch

19、arge,Depthofdischarge)充電狀態(tài)和放電深度都是電池保有數(shù)量數(shù)值的表示方法。充放電狀態(tài)以百分比率來(lái)表示，以滿充電和滿放電為100%。充電狀態(tài)稱為SOC；放電深度稱為DOD。如：DOD=250mAh/800mAh×100%=31.25%（網(wǎng)上摘的，和大家學(xué)習(xí)共享，呵呵）鋰電池型號(hào)命名含義單體鋰電池的命名多有四部分組成，第一部分是體系字母代號(hào)，就是上面說(shuō)到的“C,E,W”；第二部分為形狀字母代號(hào)，“R”代表圓柱形，“S”代表方形，“F”代表扁方（口香糖）形；第三部分為數(shù)字代表電池尺寸；第四部分為電池工作特性代號(hào)，“M”代表中倍率放電，“H”代表高倍率放電，“S”代表可在

20、高溫（100-150攝氏度）條件下工作。舉個(gè)例子：ER14500MS，表示可以一支可以接受高溫條件下中倍率放電的，直徑為14.0mm，高為50mm的鋰-亞硫酰氯圓柱體電池。鋰電池里面大家比較能接觸的上的，并且真能使用的得到的電池，我看來(lái)就是鋰-二氧化錳電池，鋰-亞硫酰氯電池，鋰-二氧化硫電池三種。我就這三種電池來(lái)寫(xiě)一點(diǎn)心得和使用經(jīng)驗(yàn)。鋰-二氧化錳電池，常見(jiàn)，用的地方多，也很方便的可以買(mǎi)到，但是各個(gè)品牌質(zhì)量不一樣。除了在以前介紹過(guò)的紐扣型鋰-二氧化錳電池，最最常見(jiàn)的鋰-二氧化錳電池就是給上膠卷的普通相機(jī)上面用那幾種。CR2,CR123A,CRP2,2CR5。這四個(gè)型號(hào)的鋰-二氧化錳電池是非常常用

21、的。我們銷(xiāo)售時(shí)候的行話分別把它們叫做“三伏短（CR2），三伏長(zhǎng)（CR123A），六伏短（CRP2），六伏長(zhǎng)（2CR5）”。CR2,CR123A都是一支單體鋰-二氧化錳電池，CR2也可以叫做CR15266，它的直徑為15.6mm,高為27.0mm，公稱電壓3.0V；CR123A也可以叫做CR17335,它的直徑為17.0mm,高為34.5mm，公稱電壓3.0V。CRP2,2CR5其實(shí)是電池組，里面都是兩支CR123A電池，只不過(guò)外面有一個(gè)很好看的塑料框架，串聯(lián)起來(lái)的兩支CR123A電池使CRP2,2CR5的電壓達(dá)到了6V。CRP2的直徑為35.0*19.5mm,高為36.0mm，公稱電壓6.0V

22、；2CR5的直徑為34.0*17.0mm,高為45.0mm，公稱電壓6.0V。CRV3，CRV6電池，也是鋰-二氧化錳電池，都是兩支電池組成的電池組，CRV3是兩支電池并聯(lián)組合使用，CRV6是兩支電池串聯(lián)組合使用，這兩種鋰-二氧化錳都是新近推出的品種，多使用在數(shù)碼相機(jī)上面。CRV3電池公稱電壓3.0V，尺寸14.5mm×29mm×52mm?？梢源鎯芍A堿性電池使用，不過(guò)是用的時(shí)候可要看看電池倉(cāng)，有的可以放進(jìn)去，有的還不能放。這點(diǎn)要注意。CRV6電池公稱電壓6.0V，尺寸14.5mm×29mm×52mm。實(shí)物貨品我還沒(méi)有見(jiàn)過(guò)。所以就不能給大家介紹太多了。呵呵。鋰-二氧化錳電池屬于有機(jī)電解質(zhì)電池，是一種以經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)熱處理的電解二氧化錳粉末為正極，以鋰為負(fù)極，采用有機(jī)電解液的一次性電池。鋰-二氧化錳電池公稱電壓3.0V(約為一般堿性/鎳鎘/鎳氫電池的2倍多，)；起始電壓可達(dá)到3.3V,工作電壓2.9V,終止放電電壓為2V；放電電壓穩(wěn)定。鋰-二氧化錳電池的比能量較大可達(dá)到250Wh/kg；工作溫度范圍寬2050；自放電率低(年自放電率2)，有較好的儲(chǔ)存性能(儲(chǔ)存時(shí)間4年以上)，并且在存放期間無(wú)氣體逸出，安全性好。需要大家注意的是：！鋰-二氧化錳電池是一次性電池，不可以充電！不要妄圖給這種電池充電，這個(gè)看似“