鋰離子電池生產(chǎn)工藝

鋰離子電池原理及工藝流程一、原理1.0正極構(gòu)造LiCoO2（鉆酸鋰）+導(dǎo)電劑+粘合齊U（PVDF）+集流體（鋁箔）正極2.0負(fù)極構(gòu)造石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑（CMC）+粘結(jié)劑（SBR）+集流體（銅箔）負(fù)極3.0工作原理充電過(guò)程：一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極''跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2=充電=Lil-xCoO2+Xli++Xe（電子）負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+XLi++Xe=====LixC6電池放電過(guò)程放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過(guò)。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極''跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。二工藝流程正負(fù)極配方1.1正極配方（LiCoO2（鈷酸鋰）+導(dǎo)電劑（乙炔黑）+粘合劑（PVDF）+集流體（鋁箔）正極LiCoO（10um）:93.5%2其它：6.5%如Super-P:4.0%PVDF761:2.5%NMP（增加粘結(jié)性）：固體物質(zhì)的重量比約為810:1496a） 正極黏度控制6000cps（溫度25轉(zhuǎn)子3）；b） NMP重量須適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜；c） 特別注意溫度濕度對(duì)黏度的影響鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。鈷酸鋰非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50—般為6-8pm,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5-7pm，含水量＜0.2%,通常為弱堿性，PH值為8左右。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。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2-5pm；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。PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。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。NMP:弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。1.2負(fù)極配方（石墨+導(dǎo)電劑（乙炔黑）+增稠劑（CMC）+粘結(jié)劑（SBR）+集流體（銅箔）負(fù)極）負(fù)極材料：94.5%Super-P:1.0%SBR:2.25%CMC:2.25%水：固體物質(zhì)的重量比為1600:1417.5a） 負(fù)極黏度控制5000-6000cps（溫度25轉(zhuǎn)子3）b） 水重量需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜；c） 特別注意溫度濕度對(duì)黏度的影響正負(fù)極混料石墨：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)。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20pm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。★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）?！锾砑觿航档筒豢赡娣磻?yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。增稠劑/防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。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）。★水性粘合劑（SBR）:將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。增稠劑/防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑?！镓?fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。正極混料原料的摻和：（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。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。稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。2.1.1原料的預(yù)處理鉆酸鋰：脫水。一般用120oC常壓烘烤2小時(shí)左右。導(dǎo)電劑：脫水。一般用200oC常壓烘烤2小時(shí)左右。（3） 粘合劑：脫水。一般用120-140oC常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定。（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。2.1.2物料球磨a） 將LiCoOSuper-P倒入料桶，同時(shí)加入磨球（干料：磨2球=1:1），在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上；b） 4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨；2.1.3操作步驟a） 將NMP倒入動(dòng)力混合機(jī)（100L）至80°C，稱(chēng)取PVDF加入其中，開(kāi)機(jī)；參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速25±2轉(zhuǎn)/分，攪拌115-125分鐘；b） 接通冷卻系統(tǒng)，將已經(jīng)磨號(hào)的正極干料平均分四次加入，每次間隔28-32分鐘，第三次加料視材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速為20±2轉(zhuǎn)/分c） 第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分；d） 真空混合：將動(dòng)力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0?09Mpa，攪拌30±2分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分取250-300毫升漿料，使用黏度計(jì)測(cè)量黏度；測(cè)試條件：轉(zhuǎn)子號(hào)5,轉(zhuǎn)速12或30rpm,溫度范圍25°C；將正極料從動(dòng)力混合機(jī)中取出進(jìn)行膠體磨、過(guò)篩，同時(shí)在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識(shí)，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。2.1.4注意事項(xiàng)a)完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境；b)操作機(jī)器時(shí)，需注意安全，避免砸傷頭部。負(fù)極混料2.2.1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、300~400C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??！飺胶?、浸濕和分散：石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。可先用醇水溶液將石墨初步潤(rùn)濕，再與粘合劑溶液混（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，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★稀釋?zhuān)簩{料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。物料球磨a） 將負(fù)極和Super-P倒入料桶同時(shí)加入球磨（干料：磨球=1:1.2）在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上；b） 4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨；操作步驟a） 純凈水加熱至至80°C倒入動(dòng)力混合機(jī)（2L）b） 加CMC，攪拌60±2分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為25±2分鐘，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分；c） 加入SBR和去離子水，攪拌60±2分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2分鐘，自轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分；負(fù)極干料分四次平均順序加入，加料的同時(shí)加入純凈水，每次間隔28-32分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分；第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分；真空混合：將動(dòng)力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0.09到0.10Mpa,攪拌30±2分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分取500毫升漿料，使用黏度計(jì)測(cè)量黏度；測(cè)試條件：轉(zhuǎn)子號(hào)5,轉(zhuǎn)速30rpm，溫度范圍25°C；將負(fù)極料從動(dòng)力混合機(jī)中取出進(jìn)行磨料、過(guò)篩，同時(shí)在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識(shí)，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。注意事項(xiàng)完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境；b） 操作機(jī)器時(shí)，需注意安全，避免砸傷頭部。★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。電池的制作3.1極片尺寸3.2拉漿工藝a） 集流體尺寸正極（鋁箔），間歇涂布負(fù)極（銅箔），間歇涂布b） 拉漿重量要求電極第一面雙面重量（g）面密度（mg/cm2）重量（g）面密度（mg/cm2）3.3裁片a） 正極拉漿后進(jìn)行以下工序：裁大片裁小片稱(chēng)片（配片）烘烤軋片極耳焊接

b）負(fù)極拉漿后進(jìn)行以下工序:裁大片裁小片稱(chēng)片（配片）烘烤軋片極耳焊接3.4軋片要求電極壓片后厚度（mm）壓片后長(zhǎng)度（mm）正極0.125—0.145362—365負(fù)極0.125—0.145400—4033.5配片方案序號(hào)正極重量（克）負(fù)極重量（克）備注15.49—6.012.83—2.86正極可以和重1-2個(gè)檔次的負(fù)極進(jìn)行配片26.02—6.092.87—2.9036.10—6.172.91—2.9446.18—6.252.95—2.9856.26—6.332.99—3.0166.34—6.413.02—3.053.6極片烘烤電極溫度時(shí)間（小時(shí)）真空度正極120±56—10W-0.09Mpa負(fù)極110±56—10W-0.09Mpa備注：真空系統(tǒng)的真空度為-0?095-0?10Mpa保護(hù)氣為高純氮?dú)?，氣體氣壓大于0.5Mpa極耳制作正極極耳上蓋組合超聲波焊接鋁條邊緣與極片邊緣平齊負(fù)極鎳條直接用點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊，要求點(diǎn)焊數(shù)為8個(gè)點(diǎn)鎳條右側(cè)與負(fù)極片右側(cè)對(duì)齊，鎳條末端與極片邊緣平齊隔膜尺寸卷針寬度壓芯電池卷繞后，先在電芯底部貼上24mm的通明膠帶，再用壓平機(jī)冷壓2次；電芯入殼前要求膠紙鎳條。。。。裝殼負(fù)極極耳焊接負(fù)極鎳條與鋼殼用點(diǎn)焊機(jī)焊接，要保證焊接強(qiáng)度，禁止虛焊激光焊接仔細(xì)上號(hào)夾具，電池殼與上蓋配合良好后才能進(jìn)行焊接，注意避免出現(xiàn)焊偏電池真空烘烤溫度時(shí)間真空度80±5C16-22小時(shí)W-0.05Mpa備注：a） 真空系統(tǒng)的真空度為-0?095~0?10Mpab） 保護(hù)氣為高純氮?dú)?，氣體氣壓大于0?5Mpac） 每小時(shí)抽一次真空注一次氮?dú)猓?.16注液量：2.9±0?lg注液房相對(duì)濕度：小于30%溫度：20±5°C封口膠布：寬紅色膠布。粘膠布時(shí)注意擦凈注液口的電解液用2道橡皮筋將棉花固定在注液口處3.17化成制度3.17.1開(kāi)口化成工藝a） 恒流充電：40mA*4h 80mA*6h電壓限制：4.00Vb） 全檢電壓,電壓大于3.90V的電池進(jìn)行封口，電壓小于3.90V的電池接著用60mA恒流至3.90-4.00后封口，再打鋼珠；c） 電池清洗，清洗劑為醋酸+酒精3.17.2續(xù)化成制度恒流充電(400mA,4.20V,10min)休眠(2min)恒流充電(400mA,4.20V,100min)恒壓充電(4.20V,20mA,150min)休眠(30min)恒流放電(750mA,2.75V,80min)休眠(30min)恒流充電(750mA,3.80V,90min)恒壓充電(3.80V,20mA,150min)當(dāng)從LiCoO2拿走XLi后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于X的大小。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)X>0.5時(shí)Li1-XCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過(guò)程中應(yīng)通過(guò)限制充電電壓來(lái)控制Li1-XCoO2中的X值，一般充電電壓不大于4.2V那么X小于0.5,這時(shí)Li1-XCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。負(fù)極C6其本身有自己的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝淮位珊?，正極LiCoO2中的Li被充到負(fù)極C6中，當(dāng)放電時(shí)Li回到正極LiCoO2中,但化成之后必須有一部分