鋰電池基礎(chǔ)知識及各工序控制要點(diǎn)

1、 BY：Hu youqiangGuangDong K-Tech Energy Co., Ltd, R&D2014/3/262014/3/261 鋰鋰電基礎(chǔ)及各工序要點(diǎn)培訓(xùn)電基礎(chǔ)及各工序要點(diǎn)培訓(xùn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.鋰離子電池基本原理鋰離子電池基本原理2.2.鋰離子電池的基本構(gòu)造鋰離子電池的基本構(gòu)造3.3.鋰離子電池各工藝要點(diǎn)鋰離子電池各工藝要點(diǎn)4.4.鋰離子電池基本概念鋰離子電池基本概念21.鋰離子電池基本原理鋰離子電池基本原理31.鋰鋰離子電池基本原理離子電池基本原理41.鋰鋰離子電池基本原理離子電池基本原理以鈷酸鋰以鈷酸鋰-石墨體系為例石墨體系為例：正極正極上發(fā)生的反應(yīng)上發(fā)生的反應(yīng)為為

2、LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（電子電子）負(fù)極負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為上發(fā)生的反應(yīng)為 6C + xLi+ + xe- （電子）（電子）= LixC6 51.鋰鋰離子電池基本原理離子電池基本原理以鈷酸鋰以鈷酸鋰-石墨體系為例石墨體系為例：正極正極上發(fā)生的反應(yīng)上發(fā)生的反應(yīng)為為 LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（電子電子）負(fù)極負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為上發(fā)生的反應(yīng)為 6C + xLi+ + xe- （電子）（電子）= LixC6 62.鋰離子電池基本構(gòu)造鋰離子電池基本構(gòu)造72.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造2.1 正極構(gòu)造正極構(gòu)造活性物質(zhì)活性物質(zhì)+導(dǎo)

3、電劑導(dǎo)電劑+粘結(jié)劑粘結(jié)劑+集流體（鋁箔集流體（鋁箔）K-tech正極配方：正極配方：8組分組分材料材料配比配比活性物質(zhì)活性物質(zhì)三元（三元（LiCo1-x-yNixMnyO2）93.5%-96.5%導(dǎo)電劑導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳黑（導(dǎo)電碳黑（sp）、導(dǎo)電石）、導(dǎo)電石墨（墨（ks-6）1.5%-4%粘結(jié)劑粘結(jié)劑聚偏氟乙烯（聚偏氟乙烯（PVDF）2.0%-2.5%集流體集流體鋁箔鋁箔-2.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造2.2 負(fù)極構(gòu)造負(fù)極構(gòu)造活性物質(zhì)活性物質(zhì)+導(dǎo)電劑導(dǎo)電劑+增稠劑增稠劑+粘結(jié)劑粘結(jié)劑+集流體集流體（銅銅箔）箔）K-tech負(fù)極配方：負(fù)極配方：9組分組分材料材料配比配比活性物質(zhì)活性物質(zhì)人造石

4、墨（人造石墨（C）93.5%-95.6%導(dǎo)電劑導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳黑（導(dǎo)電碳黑（sp）、導(dǎo)電石）、導(dǎo)電石墨（墨（ks-6）1.0 %-2.5%增稠劑增稠劑羧甲基纖維素鈉（羧甲基纖維素鈉（CMC）1.3%-1.5%粘結(jié)劑粘結(jié)劑丁苯橡膠乳液（丁苯橡膠乳液（SBR）2.1%-2.5%集流體集流體銅箔銅箔-2.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造2.3 隔膜構(gòu)造隔膜構(gòu)造聚烯烴隔膜的結(jié)構(gòu)及聚烯烴隔膜的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)特點(diǎn)10結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單層、雙層單層、雙層單層、雙層單層、雙層三層三層材料材料PP PE PP/PE/PP 生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法干法干法干法、濕法干法、濕法干法干法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)耐熱性好、透耐熱性好、透過性好過性好機(jī)械強(qiáng)

5、度高低溫閉機(jī)械強(qiáng)度高低溫閉孔孔(130 左右左右) 綜合了綜合了PP 、PE 膜優(yōu)點(diǎn)，機(jī)膜優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械強(qiáng)度好，械強(qiáng)度好， 安全性更高安全性更高缺點(diǎn)缺點(diǎn)安全關(guān)斷溫度安全關(guān)斷溫度(閉孔溫度閉孔溫度140 ） 高于高于PE 耐高溫性能不如耐高溫性能不如PP 高溫透過性差高溫透過性差應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍數(shù)碼電池、動數(shù)碼電池、動力電池力電池?cái)?shù)碼電池?cái)?shù)碼電池?cái)?shù)碼電池?cái)?shù)碼電池2.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造干法單拉隔膜干法單拉隔膜112.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造濕法隔膜濕法隔膜122.鋰鋰離子電池基本構(gòu)造離子電池基本構(gòu)造2.4 蓋帽構(gòu)造133.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)143.各工序控制要點(diǎn)

6、各工序控制要點(diǎn)3.1 配料配料合漿合漿： 正正（負(fù)）極漿料配制，是將正（負(fù)）極活性物質(zhì)、導(dǎo)電（負(fù)）極漿料配制，是將正（負(fù)）極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等正（負(fù)）極物質(zhì)混合在一起的混料過程，劑、粘結(jié)劑等正（負(fù)）極物質(zhì)混合在一起的混料過程，混料是吧電池活性物質(zhì)材料和輔料，在溶劑中進(jìn)行高度混料是吧電池活性物質(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(dá)到將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、分散形成牛頓型高粘度流體，達(dá)到將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及其它添加劑充分混合，均勻分散的目的粘結(jié)劑及其它添加劑充分混合，均勻分散的目的。153.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)控制點(diǎn)控制點(diǎn)（1）原料原料要符合工藝要求，如材料

7、種類型號，各組分的加要符合工藝要求，如材料種類型號，各組分的加入量；入量；（2）正極正極不能帶入水分；不能帶入水分；（3）設(shè)備設(shè)備注意干燥，控制室內(nèi)濕度；注意干燥，控制室內(nèi)濕度；（4）PVDF溶解過程比較緩慢，制漿前需提前溶解溶解過程比較緩慢，制漿前需提前溶解PVDF于于NMP中，中，CMC也是較難溶液，制漿前需提前溶解也是較難溶液，制漿前需提前溶解CMC于水中；于水中；PVDF和和CMC要充分溶解，分散均勻，如果存在顆粒的粘結(jié)劑要充分溶解，分散均勻，如果存在顆粒的粘結(jié)劑或增稠劑必須增加攪拌時(shí)間或者更改攪拌工藝；或增稠劑必須增加攪拌時(shí)間或者更改攪拌工藝；（5）加入加入導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)后，漿料應(yīng)

8、均勻一致，沒有團(tuán)導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)后，漿料應(yīng)均勻一致，沒有團(tuán)聚的顆粒，并且漿料中氣泡應(yīng)除盡，正極粘度：聚的顆粒，并且漿料中氣泡應(yīng)除盡，正極粘度：4000-10000mpa.s，負(fù)極粘度：，負(fù)極粘度：1500mpa.s，漿料粘度和固含量對，漿料粘度和固含量對涂漿工藝影響至關(guān)重要。涂漿工藝影響至關(guān)重要。163.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)固含量測試方法固含量測試方法：固固含量含量=固化后漿料質(zhì)量固化后漿料質(zhì)量/漿料質(zhì)漿料質(zhì)量量*100%173.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.2 涂涂漿（布）與干燥：漿（布）與干燥：涂布過程是把漿料涂敷到集流體上，干燥是將漿涂布過程是把漿料涂敷到集流體上，干燥是將漿料

9、中溶劑全部除去。鋰電池極片涂布時(shí)，與一般料中溶劑全部除去。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(yīng)力，隨牛頓型高粘度流體，流體流動是所需剪應(yīng)力，隨流速的改變而改變。涂布厚度的調(diào)整很難根據(jù)一流速的改變而改變。涂布厚度的調(diào)整很難根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行，這也是涂布機(jī)涂布過程中的個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行，這也是涂布機(jī)涂布過程中的難點(diǎn)。它對操作者的熟練程度、經(jīng)驗(yàn)要求很高。難點(diǎn)。它對操作者的熟練程度、經(jīng)驗(yàn)要求很高。極片涂布的準(zhǔn)確度要求很高，厚度偏差約極片涂布的準(zhǔn)確度要求很高，厚度偏差約3um，因此對設(shè)備要求很高

10、。因此對設(shè)備要求很高。183.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)控制點(diǎn)控制點(diǎn)（1）要要盡可能保證涂布的一致性，操作時(shí)應(yīng)注意漿料粘度的變化、料斗盡可能保證涂布的一致性，操作時(shí)應(yīng)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；上液面高度的變化、涂布速度的變化；（2）鋁箔鋁箔上漿料薄層進(jìn)入烤箱干燥，除去上漿料薄層進(jìn)入烤箱干燥，除去NMP溶劑（溶劑（NMP沸點(diǎn)沸點(diǎn)202，閃，閃點(diǎn)點(diǎn)95）。干燥過慢，涂層表面有流動性，厚度不穩(wěn)定，干燥過快，表面）。干燥過慢，涂層表面有流動性，厚度不穩(wěn)定，干燥過快，表面形成形成PVDF膜層，內(nèi)部的膜層，內(nèi)部的NMP溶劑揮發(fā)會造成表面層起皺現(xiàn)象，為保證溶劑揮發(fā)會造成表面

11、層起皺現(xiàn)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。正極一般為均勻蒸發(fā)，通常采用分段干燥，中間段溫度最高。正極一般為100-130，負(fù)極若采用水性體系，干燥溫度一般為負(fù)極若采用水性體系，干燥溫度一般為75-90；還有干燥過程；還有干燥過程N(yùn)MP揮發(fā)，揮發(fā)，涂布漿料的組成不斷變化，所以配制漿料的涂布漿料的組成不斷變化，所以配制漿料的NMP溶劑的量、升溫方式和加溶劑的量、升溫方式和加熱時(shí)間，對此都有影響；熱時(shí)間，對此都有影響；（3）加熱加熱溫度或時(shí)間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結(jié)劑溶解，溫度或時(shí)間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結(jié)劑溶解，造成活性物質(zhì)剝落；加熱溫度過高，

12、則粘結(jié)劑發(fā)生晶化，也會使活性物質(zhì)造成活性物質(zhì)剝落；加熱溫度過高，則粘結(jié)劑發(fā)生晶化，也會使活性物質(zhì)剝落，從而造成電芯內(nèi)短路。另外，干燥溫度和烘干時(shí)間不合適還會造成剝落，從而造成電芯內(nèi)短路。另外，干燥溫度和烘干時(shí)間不合適還會造成鋁箔氧化和極片偏濕；鋁箔氧化和極片偏濕；（4）涂布涂布和干燥要做到首件三檢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)檢厚度、質(zhì)量、尺寸符合要求，并定時(shí)檢驗(yàn)對應(yīng)的拉漿速度、烘烤時(shí)間、間隙等。驗(yàn)對應(yīng)的拉漿速度、烘烤時(shí)間、間隙等。193.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)關(guān)于條痕暗痕的解釋：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，暗痕是由于涂布時(shí)，極片表

13、面部分厚度不均，出現(xiàn)色差，顯示外觀為暗痕。厚度不均的原因出現(xiàn)色差，顯示外觀為暗痕。厚度不均的原因可能是可能是（1）在拉漿過程中因刀口有異物或刀口）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表面不平整（有豁口），造成極片表面厚度不均勻的均勻的現(xiàn)象；（現(xiàn)象；（2）在）在輥壓前或輥壓后出現(xiàn)的呈輥壓前或輥壓后出現(xiàn)的呈線狀的痕跡。多因刀口未打開的顆粒，或有小線狀的痕跡。多因刀口未打開的顆粒，或有小的干漿料卡在刀口上所的干漿料卡在刀口上所致。致。203.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)FT-1暗痕的暗痕的SEM圖：圖：213.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)FT-1暗痕的暗痕的SEM圖

14、：圖：223.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)FT-1暗痕的暗痕的SEM圖：圖：233.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.3 壓光壓光與與切片切片極極片經(jīng)過壓實(shí)，一方面可以增加極片的比容量，片經(jīng)過壓實(shí)，一方面可以增加極片的比容量，使活性物質(zhì)欲導(dǎo)電劑、集流體充分接觸，有利使活性物質(zhì)欲導(dǎo)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，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(qiáng)度提高，光潔度增大，有利于后滾壓后極片強(qiáng)度提高，光潔度增大，有利于后續(xù)工藝加工，減少損耗。續(xù)工藝加工，減少損耗。243.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)控制點(diǎn)控制點(diǎn)（1）滾壓滾壓應(yīng)注意厚度符合工藝要求；應(yīng)注意

15、厚度符合工藝要求；（2）壓片壓片時(shí)應(yīng)注意氣泡、掉料、極片變形、波時(shí)應(yīng)注意氣泡、掉料、極片變形、波浪邊等；浪邊等；（3）對對輥機(jī)輥徑越大越好；輥機(jī)輥徑越大越好；（4）極極片分切尺寸規(guī)格符合工藝要求，不掉料、片分切尺寸規(guī)格符合工藝要求，不掉料、無波浪邊，毛刺符合工藝要求；無波浪邊，毛刺符合工藝要求；253.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.4 極片極片263.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)273.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)控制點(diǎn)控制點(diǎn)（1）無掉粉，波浪邊）無掉粉，波浪邊；（2）極片尺寸符合工藝要求）極片尺寸符合工藝要求；（3）貼膠及極耳焊接符合要求）貼膠及極耳焊接符合要求；（4）毛刺毛刺符合工藝符合

16、工藝要求要求。283.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.5 卷繞入殼點(diǎn)底焊滾槽卷繞入殼點(diǎn)底焊滾槽遵循負(fù)極包住正極原則有以下控制點(diǎn)：遵循負(fù)極包住正極原則有以下控制點(diǎn)：（1）卷繞頭部尾部，負(fù)極超出正極）卷繞頭部尾部，負(fù)極超出正極5mm以上；以上；（2）極片邊緣負(fù)極包住正極（）極片邊緣負(fù)極包住正極（X-ray檢測）。檢測）。PS: 測試電芯是否內(nèi)部短路，公司有哪幾項(xiàng)措施？測試電芯是否內(nèi)部短路，公司有哪幾項(xiàng)措施？（3）點(diǎn)底焊符合工藝要求）點(diǎn)底焊符合工藝要求-焊接拉力，不虛焊，不過焊接拉力，不虛焊，不過焊。焊。（4）滾槽符合工藝尺寸，無掉鍍層等外觀問題，無）滾槽符合工藝尺寸，無掉鍍層等外觀問題，無翹墊片現(xiàn)

17、象。翹墊片現(xiàn)象。293.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)內(nèi)部短路問題內(nèi)部短路問題:303.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)313.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)323.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.6 烘烤注液烘烤注液所有的控制點(diǎn)最主要的目的：水分控制！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：電芯化成分容后水分不合格的后果：電芯化成分容后CID翻轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、電電芯低容低壓、循環(huán)差芯低容低壓、循環(huán)差等等等問題。等問題。此外：電芯注液量也是重要控制點(diǎn)。此外：電芯注液量也是重要控制點(diǎn)。333.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.7 封口封口控制點(diǎn)：控制點(diǎn)：（1）滿足封口工藝尺寸；）滿足封口工藝尺寸；

18、（2）氣密性滿足要求；）氣密性滿足要求；（3）無外觀問題。）無外觀問題。343.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)3.8 化成分容化成分容化化成：根據(jù)工藝要求設(shè)置工步，小電流放電，成：根據(jù)工藝要求設(shè)置工步，小電流放電，最終電壓不高于最終電壓不高于3.7V3.7V；分容：根據(jù)工藝要求設(shè)置分容工步；分容：根據(jù)工藝要求設(shè)置分容工步；PSPS：溫度對化成和容量的影響較大，所以要控：溫度對化成和容量的影響較大，所以要控制車間溫度。制車間溫度。353.各工序控制要點(diǎn)各工序控制要點(diǎn)化成目的：化成目的：（1 1）激活正負(fù)極材料；）激活正負(fù)極材料；（2 2）負(fù)極形成）負(fù)極形成SEISEI膜。膜。成成膜反應(yīng)一般在：電壓

19、膜反應(yīng)一般在：電壓1.2V1.2V電壓電壓2.5V2.5V，主要是，主要是H2H2和和CO2CO2產(chǎn)生，電壓產(chǎn)生，電壓3.0V3.0V，ECEC、EMCEMC、DMCDMC分解，產(chǎn)生其它烷烴類氣體，電分解，產(chǎn)生其它烷烴類氣體，電芯芯3.0-3.5V3.0-3.5V產(chǎn)氣最多，產(chǎn)氣最多，3.5V3.5V后后SEISEI膜基本生成，膜基本生成，電壓電壓3.8V3.8V， DMCDMC和和EMCEMC分解產(chǎn)氣為主。分解產(chǎn)氣為主。364.鋰離子電池基本概念鋰離子電池基本概念電壓電壓：電器工作時(shí)的電壓電器工作時(shí)的電壓3.0-4.2/2.5-4.2(單位：單位：V)，放，放電時(shí)，電壓不停下降，平臺電壓指占電

20、時(shí)，電壓不停下降，平臺電壓指占整個(gè)放電時(shí)間的整個(gè)放電時(shí)間的絕絕大部分的那段電壓，一般標(biāo)稱電壓大部分的那段電壓，一般標(biāo)稱電壓是平臺電壓的中心電是平臺電壓的中心電壓，在此電壓附近，充電和放電時(shí)電壓變化都很壓，在此電壓附近，充電和放電時(shí)電壓變化都很慢。慢。內(nèi)阻內(nèi)阻：電芯本身的電化學(xué)阻抗，包括電芯本身的電化學(xué)阻抗，包括歐姆電阻核電化學(xué)歐姆電阻核電化學(xué)電阻電阻，大，大電流放電時(shí)，內(nèi)阻對放電特性的影響尤為電流放電時(shí)，內(nèi)阻對放電特性的影響尤為明顯明顯（單位：（單位：m）。）。容量容量：指：指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時(shí)間的即電流對時(shí)間的積分積分(單位單位：mAh或或Ah ) 。倍率倍率：指電芯按照標(biāo)稱容量的倍數(shù)放電下，其放電能力：指電芯按照標(biāo)稱容量的倍數(shù)放電下，其放電能力的表述。的表述。374.鋰離子電池基本概念鋰離子電池基本概念循環(huán)循環(huán)：指二