鋰離子電池生產(chǎn)主工藝設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的目的與任務(wù) 1\o"CurrentDocument"1.1課程設(shè)計(jì)背景 1\o"CurrentDocument"1.2課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù) 1\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容 2\o"CurrentDocument"2.1原材料及設(shè)備的選取 3\o"CurrentDocument"2.2電池的工作原理 32.3電池的制備工藝設(shè)計(jì) 42.3.1制片車間的工藝設(shè)計(jì) 42.3.2裝配車間的工藝設(shè)計(jì) 82.3.3化成車間工藝設(shè)計(jì) 92.3.4包裝車間工藝設(shè)計(jì) 112.4廠房設(shè)計(jì) 133.經(jīng)濟(jì)效益 134.對本設(shè)計(jì)的評述 14參考文獻(xiàn) 161設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)背景自從1990年SON采用可以嵌鋰的鉆酸鋰做正極材料以來，鋰離子電池滿足了非核能能源開發(fā)的需要，同時具有工作電壓高、比能量大、自放電小、循環(huán)壽命長、重量輕、無記憶效應(yīng)、環(huán)境污染少等特點(diǎn)，現(xiàn)成為世界各國電源材料研究開發(fā)的重點(diǎn)心。鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于移動電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等的電源，并在電動汽車技術(shù)、大型發(fā)電廠的儲能電池、UPSfe源、醫(yī)療儀器電源以及宇宙空間等領(lǐng)域具有重要作用“5,0[4~5]正極材料作為決定鋰離子電池性能的重要因素之一，研究和開發(fā)更高性能的正極材料是目前提高和發(fā)展鋰電池的有效途徑和關(guān)鍵所在。目前，已商品化的鋰電池正極材料有鉆酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等，而層狀鉆酸鋰正極材料憑借其電壓高、放電平穩(wěn)、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)著市場的主要地位 ，也是目前唯一大量用于生產(chǎn)鋰離子電池的正極材料的S]0[6~8]18650電池是指外殼使用65mnS，直徑為18mr的圓柱形鋼殼為外殼的鋰離子電池。自從上個世紀(jì)90年代索尼推出之后，這種型號的電池一直在生產(chǎn)，經(jīng)久不衰。經(jīng)過近20年的發(fā)展，目前制備工藝已經(jīng)非常成熟，性能有了極大的提升，體積能量密度已經(jīng)提高了將近4倍，而且成本在所有鋰離子電池中也是最低，目前早已走出了原來的筆記本電腦的使用領(lǐng)域，作為首選電池應(yīng)用于動力及儲能領(lǐng)域。1.2課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)如前文所述，在目前商業(yè)化的鋰離子電池中，很多廠家都選用層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO作為正極材料。其理論容量為274mAh/g實(shí)際容量為140mAh/g左右，也有報道實(shí)際容量已達(dá)155mAh/9本設(shè)計(jì)擬通過以LiCoQ作為正極材料的18650鋰電池電芯器件作為模型，從原料選擇、設(shè)計(jì)原理、制備工藝、封裝條件、工作情況等方面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電池器件。設(shè)計(jì)者將通過查閱資料、課題討論、技術(shù)交流等方式，逐漸設(shè)計(jì)出合理、科學(xué)的 18650鋰電池電芯，培養(yǎng)初步的科研思維和科研能力；通過這一綜合訓(xùn)練，使我對實(shí)際的新能源產(chǎn)品有初步的、宏觀的認(rèn)識和理解，為即將開展的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至實(shí)際生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)奠定必要的基礎(chǔ)。此次設(shè)計(jì)包括如下任務(wù)：（1） 18650鋰電池電芯制備原料的選?。簩⒘谐鏊x原料的種類、選擇依據(jù)以及主要原料的使用技術(shù)要求；（2） 闡明18650鋰電池電芯的工作原理（3）對18650鋰電池電芯的制備工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)：包括電池各部件的詳細(xì)制備流程（畫出流程簡圖）；制備方法及所用到的設(shè)備；畫出必要的設(shè)備裝置示意圖；制備過程中主要的工藝參數(shù)及其選擇依據(jù)；電池工作環(huán)境要求并闡明依據(jù)。（4） 對18650鋰電池電芯生產(chǎn)廠進(jìn)行設(shè)計(jì)，并評估其產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益。包括：車間設(shè)備布置和工廠總平面布置，成本利潤概算，投資評估。2.設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圓柱形18650鋰電池電芯如圖2-1所示。我們是按原材料及設(shè)備的選取f生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)f廠房設(shè)計(jì)f綜合評估的順序來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其中，生產(chǎn)車間工藝的設(shè)計(jì)為本次設(shè)計(jì)的重中之重，如下圖2-2所示。其余部分的設(shè)計(jì)如原材料、儀器設(shè)備、廠房等將在后續(xù)內(nèi)容中展開以及附圖中體現(xiàn)圖2-1圓柱形18650鋰電池電芯項(xiàng).圖2-2圓柱形18650鋰電池電芯生產(chǎn)流程圖2-1圓柱形18650鋰電池電芯項(xiàng).圖2-2圓柱形18650鋰電池電芯生產(chǎn)流程2.1原材料及設(shè)備的選取本設(shè)計(jì)選用的主要原料為LiCoO2、石墨、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、PVDFNMPMCMB隔膜、電解液、鋁箔、銅箔、極耳、鋼殼、PVC等。主要儀器設(shè)備有真空混料機(jī)、間隙涂布機(jī)、碾壓機(jī)、極片連軋生產(chǎn)線、全自動分切機(jī)、全自動極耳焊接貼膠機(jī)、半自動卷繞機(jī)、全自動注液機(jī)、滾槽機(jī)、封口機(jī)、全自動清洗機(jī)、化成設(shè)備、全自動噴碼機(jī)、分容柜等。2.2電池的工作原理18650鋰離子電池主要包括正極、負(fù)極和電解質(zhì)，它利用鋰離子在正極和負(fù)極之間形成嵌入化合物的鋰狀態(tài)和電位的不同，通過電子的得失來實(shí)現(xiàn)充電和放電過程。充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極石墨， 而放電時，Li+從石墨脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，如圖2-3所示。反應(yīng)式如下：正極反應(yīng)：LiCoO?Li1-xCoO+xLi++xe-負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi++xe-?LixC6電池總反應(yīng)：LiCoQ+6C?Li1-xCoO+LixG在正極材料LiCoCb中，鋰基本是以離子狀態(tài)存在，而在負(fù)極石墨中，鋰基本上以原子狀態(tài)存在，因此在鋰離子和鋰原子之間存在較高的電位差。同時，鋰在正極材料中，由于鋰離子是嵌入到晶格中，因此離子性更強(qiáng)，從而表現(xiàn)出較高的輸出電壓。O—Q—O—* 1O—0—0圖2-3工作原理示意圖e-e-e- e-e-e-2.3電池的制備工藝設(shè)計(jì)2.3.1制片車間的工藝設(shè)計(jì)制片車間的工藝流程為：正、負(fù)極配料一正、負(fù)極涂布一正、負(fù)極對輥一正、負(fù)極分切一正負(fù)極烘烤。這是制作電池的第一個大環(huán)節(jié)，每道工序都很重要，操作不當(dāng)，會直接影響產(chǎn)品的性能，增加殘次品的比率。為了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以對質(zhì)量要嚴(yán)格把控，現(xiàn)將工藝重點(diǎn)敘述如下：確定電池的額定容量及用料量設(shè)額定容量為2300mAh正極加料比按鉆酸鋰：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑：制膠溶劑=100:0.77:1.35:34的比例配制。負(fù)極加料比按石墨粉：導(dǎo)電劑:SBR:CMC:制膠溶劑=100:2.1:4.2:1.7:92 的比例配制。正、負(fù)極的配料儀器如圖 2-5所示。圖2-5左、右分別為正、負(fù)極拌料儀器正負(fù)極粉體過篩正負(fù)極粉體過篩是為了除去正負(fù)極材料中的金屬雜質(zhì)，主要為鐵。正極工藝：a、篩網(wǎng)目數(shù)，粉體150目、super-p100目13、篩網(wǎng)外觀：篩網(wǎng)無破損，網(wǎng)目無干料及雜質(zhì)堵塞等現(xiàn)象。。、真空輸送管無堵塞、通氣不順，罐體清潔無污物、雜質(zhì)。負(fù)極工藝