鋰離子電池基本原理和工藝流程介紹

鋰離子電池基本原理和工藝流程介紹4/6/2024ATLConfidential電池制造技術(shù)基礎(chǔ)教材-----鋰離子電池基本工藝流程介紹BinShuBM-PRJ-Dept03/25/20084/6/2024ATLConfidential課程簡(jiǎn)介PartA：基本常識(shí)與常用術(shù)語(yǔ)、縮寫PartB：迭片工藝的主要工藝流程介紹PartC：卷繞工藝主要工藝流程介紹4/6/2024ATLConfidentialPartA：基本常識(shí)與常用術(shù)語(yǔ)、縮寫4/6/2024ATLConfidential鋰離子電池基本組成部分鋰離子電池鋰離子電芯：Cell保護(hù)電路：PCB……陰極：Cathode陽(yáng)極：Anode隔離膜：Separator電解液：Electrolyte包裝：Packingfoil4/6/2024ATLConfidential陰極Cathode

Cathode陰極鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰陰極活性物質(zhì)導(dǎo)電碳黑電子導(dǎo)電粘結(jié)劑粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化劑，經(jīng)萃取可造孔丙酮溶劑正極集流體Al箔（Al網(wǎng)）集流體導(dǎo)電碳黑（迭片特有）電子導(dǎo)電粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)膜片和集流體溶劑

4/6/2024ATLConfidential

Anode陽(yáng)極MCMB或石墨陰極活性物質(zhì)導(dǎo)電碳黑電子導(dǎo)電粘結(jié)劑粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化劑，經(jīng)萃取可造孔丙酮溶劑陽(yáng)極Anode

負(fù)極集流體Cu箔（Cu網(wǎng)）集流體導(dǎo)電碳黑（迭片特有）電子導(dǎo)電粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)膜片和集流體溶劑

4/6/2024ATLConfidential

Separator隔離膜PE、PP、PET……骨架，使隔離膜具有一定的強(qiáng)度粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化丙酮溶劑Electrolyte電解液

六氟磷酸鋰電解質(zhì)鹽，離子導(dǎo)電PC、EC、DEC……溶劑，溶解電解質(zhì)鹽Packingfoil包裝鋁箔PP熱封層，熱熔粘結(jié)達(dá)到密封作用鋁防水，主要保護(hù)層，防水、隔絕空氣尼龍鋁保護(hù)層隔離膜、電解液、包裝材料4/6/2024ATLConfidential內(nèi)部稱謂膜片：迭片工藝特有，Coating生產(chǎn)出來(lái)得半成品，組分是陰陽(yáng)極粉料和輔料極片：陰極/陽(yáng)極活性材料與集流體組合成的半成品Bi-Cell：迭片工藝在平壓后由陰極、陽(yáng)極、隔離膜組成的單體電芯裸電芯：焊接工序成品稱謂，電芯除包裝鋁箔和電解液部分總稱。卷繞工藝中卷繞后的半成品也稱裸電芯4/6/2024ATLConfidentialCC:

恒流充電（ConstantCurrent:恒定電流的充電過(guò)程）CV:

恒壓充電(ConstantVoltage:恒定電壓的充電過(guò)程）Capacity：容量(電流與時(shí)間的積分)Rate：放電“倍率”習(xí)慣用C表示。“倍率”放電是我們的習(xí)慣說(shuō)法，如：0.2C放電-----放電時(shí)間t=1/0.2=5小時(shí)，放電電流I=電池容量*0.2A0.5C放電-----放電時(shí)間t=1/0.5=2小時(shí)，放電電流I=電池容量*0.5A1C放電-----放電時(shí)間t=1/1=1小時(shí)，放電電流I=電池容量*1A2C放電-----放電時(shí)間t=1/2=0.5小時(shí)，放電電流I=電池容量*2A0.2C、0.5C、1C、2C充電也是類似的意思。常用術(shù)語(yǔ)4/6/2024ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用4/6/2024ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用4/6/2024ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體產(chǎn)品ATL電芯應(yīng)用4/6/2024ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用4/6/2024ATLConfidentialATL電芯應(yīng)用圖片僅為模型，不代表具體商品4/6/2024ATLConfidentialPartB：迭片工藝的主要工藝流程介紹4/6/2024ATLConfidentialLi離子電芯核心制造工藝分為：迭片工藝和卷繞工藝制造工藝分類兩種工藝的主要區(qū)別和工藝名稱來(lái)源：極片裝配方式的區(qū)別由此兩種基礎(chǔ)工藝衍生出許多分支工藝（ATL內(nèi)部工藝）P1、P2、P1B、P2C---------迭片工藝M6S、M6P、M6C---------卷繞工藝4/6/2024ATLConfidential迭片工藝（Stacking）ATL內(nèi)部稱為P1工藝。迭片工藝是將陰極、陽(yáng)極、隔離膜切成小片疊片壓合成小電芯單體（內(nèi)部稱為Bi-cell），然后將Bi-cell疊放并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)大電芯的一種Li離子電芯制造工藝。迭片工藝的定義單層Bi-cell疊片過(guò)程演示單面陽(yáng)極隔離膜單面陰極Bi-Cell4/6/2024ATLConfidential迭片工藝示意圖雙層Bi-cell疊片過(guò)程演示雙面陽(yáng)極4/6/2024ATLConfidential迭片工藝示意圖4/6/2024ATLConfidentialP1工序流程圖（Mainprocess）迭片工藝的主要工序流程圖攪拌（Mixing）涂布（Coating）分切（Slitting）連續(xù)輥壓（LamI）模切（ModuleCutting）疊片（Stacking）平壓（LamII）萃取（Extraction）焊接（Welding）頂封（TopSealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）測(cè)試4/6/2024ATLConfidential迭片工藝物料形態(tài)流程圖4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---MixingMixing示意圖Mixing（攪拌）工序功能：將陰極或者陽(yáng)極粉料以及其他配料混合均勻，并調(diào)制成漿?；旌项^高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力，液體和固體被吸入離心力使材料在混合頭中進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)材料從混合頭甩出材料在攪拌罐繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一個(gè)攪拌循環(huán)4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Mixing4/6/2024ATLConfidentialCoating（涂布）工序功能：將漿料連續(xù)、均勻地涂覆在傳送Mylar的表面，烘干，分別制成陰陽(yáng)極的膜片。迭片工藝的主要工藝流程

---Coating原理：涂輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漿料，通過(guò)調(diào)整刮刀間隙來(lái)調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥或涂輥的轉(zhuǎn)動(dòng)將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，按工藝要求，控制涂布層的厚度以達(dá)到重量要求，同時(shí)，通過(guò)干燥加熱除去平鋪于基材上的漿料中的溶劑，使固體物質(zhì)很好地粘結(jié)于基材上。4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---CoatingCoating示意圖4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Coating4/6/2024ATLConfidentialLamⅠ（連續(xù)輥壓）工序功能：將膜片與集流體通過(guò)高溫、壓力，勻速的壓制成極片卷，同時(shí)將之壓實(shí)，達(dá)到合適的密度和厚度。迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅠ原理：在膜片與極流體漿料中含有一定量的PVDF粘結(jié)劑，在加熱和加壓的條件下膜片和極片粘合在一起4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅠ4/6/2024ATLConfidentialStacking（疊片）工序功能：通過(guò)手工或夾具將陰極極片、隔離膜片、陽(yáng)極極片規(guī)則地重疊在一起。迭片工藝的主要工藝流程

---Stacking雙層Bi-cell疊片過(guò)程演示4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---手工疊片4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---夾具疊片4/6/2024ATLConfidentialLamⅡ（平壓）工序功能：將陰極極片、陽(yáng)極極片、隔離膜通過(guò)加溫壓制成Bi-cell。

迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅡ原理：與LamⅠ類似，通過(guò)極片（主要是膜片）、隔離膜上含有的一定量的PVDF粘結(jié)劑，在加熱和加壓的條件下陰極極片、隔離膜、陽(yáng)極極片粘結(jié)在一起4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅡ4/6/2024ATLConfidentialExtraction（萃?。┕ば蚬δ埽狠腿【褪峭ㄟ^(guò)萃取（一般為甲醇）溶液將Bi-Cell里面的塑化劑（DBP：鄰苯二鉀酸二丁脂，又稱造孔劑）萃取出來(lái)，原來(lái)塑化劑所在的地方就形成小孔，有利于Li+順暢通過(guò)，以及電解液駐扎在里面。迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction原理：與化學(xué)萃取的原理相同，利用塑化劑在萃取液（甲醇）中良好的溶解性，以及其他材料不溶于萃取劑的特性，萃取劑浸泡Bi-cell，同時(shí)加熱，使塑化劑溶解在萃取液中，達(dá)到造孔的目的4/6/2024ATLConfidentialNoextraction（treated）Extracted（treated）SEMimagesofSeparator（NoextractionVSExtraction）迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction4/6/2024ATLConfidentialWelding（焊接）工序功能：將多個(gè)Bi-cell和Al、NiTab一起焊接成為裸電芯迭片工藝的主要工藝流程

---Welding原理：超聲波焊接利用超聲頻率（超過(guò)16KHZ）的機(jī)械振動(dòng)能量在靜壓力的共同作用下，將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及隨后有限的溫升，從而達(dá)到連接異種金屬的目的。4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Welding切去多余的極耳焊接焊接后的裸電芯4/6/2024ATLConfidentialTopsealing（頂封）工序功能：將裸電芯包上包裝鋁箔，對(duì)頂部和側(cè)邊進(jìn)行熱封裝迭片工藝的主要工藝流程

---Topsealing原理：包裝鋁箔分3層（尼龍層、鋁層、PP層），封裝時(shí)通過(guò)加熱使PP溶化，同時(shí)加壓（封頭壓合）使兩層包裝鋁箔粘合在一起，達(dá)到封裝的目的4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Topsealing4/6/2024ATLConfidentialInject（注液）工序功能：將電解液加入到電芯中，并將電芯完全封住環(huán)境要求：電芯注液前要進(jìn)行除水，關(guān)注過(guò)程要求低濕度原理：水作為電解液中一種痕量組分，對(duì)鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有非常大的影響，滿充狀態(tài)的陽(yáng)極與鋰金屬性質(zhì)相近，可以直接與水發(fā)生反應(yīng)。因此，在鋰離子電池的制作過(guò)程中必須嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度和正負(fù)極材料、電解液的含水量。迭片工藝的主要工藝流程

---Inject4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Inject4/6/2024ATLConfidential化成工序功能：通過(guò)充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，同時(shí)在陽(yáng)極表面形成良好的SEI膜。原理：鋰電芯的化成是電池的初使化,使電芯的活性物質(zhì)激活，即是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程。鋰電芯的化成是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)也是影響電池性能很重要的一道工序，因?yàn)樵贚i+第一次充電時(shí)，Li+第一次插入到石墨中，會(huì)在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),在電池首次充電過(guò)程中不可避免地要在碳負(fù)極與電解液的相界面上、形成覆蓋在碳電極表面的鈍化薄層，人們稱之為固體電解質(zhì)相界面或稱SEI膜(SOLIDELECTROLYTEINTERFACE）迭片工藝的主要工藝流程

---Formation4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Formation4/6/2024ATLConfidentialForming（成型）工序功能：將電芯外型作最后加工迭片工藝的主要工藝流程

---FormingDegassingBaking切邊折邊釋放化成產(chǎn)生的氣體高溫老化切去氣袋和多余的側(cè)邊將側(cè)邊折起，完成電芯最終外形4/6/2024ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Forming4/6/2024ATLConfidentialPart3：卷繞工藝的主要工藝流程介紹4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝工序流程圖（Mainprocess）卷繞工藝的主要工序流程圖攪拌（Mixing）涂布（Coating）冷壓（ColdLam）裁片分條（Slitting）焊接（Welding）卷繞（Winding）頂封（Topsealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）測(cè)試4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---物料形態(tài)流程圖4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---MixingMixing示意圖Mixing（攪拌）---與迭片工藝基本相同工序功能：將陰極或者陽(yáng)極粉料以及其他配料混合均勻，并調(diào)制成漿?；旌项^高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力，液體和固體被吸入。離心力使材料在混合頭中進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)材料從混合頭甩出材料在攪拌罐繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一個(gè)攪拌循環(huán)4/6/2024ATLConfidentialCoating（涂布）---與迭片原理相同，方法不同工序功能：將漿料間歇、均勻地涂覆在傳送集流體的表面，烘干，分別制成陰陽(yáng)極的極片卷。卷繞工藝的主要工藝流程

---Coating原理：涂輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漿料，通過(guò)調(diào)整刮刀間隙來(lái)調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥或涂輥的轉(zhuǎn)動(dòng)將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，按工藝要求，控制涂布層的厚度以達(dá)到重量要求，同時(shí)，通過(guò)干燥加熱除去平鋪于基材上的漿料中的溶劑，使固體物質(zhì)很好地粘結(jié)于基材上。4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Coating4/6/2024ATLConfidentialColdLam

（冷壓）工序功能：將Coating后的極片壓實(shí)，達(dá)到合適的密度和厚度卷繞工藝的主要工藝流程

---ColdLam原理：通過(guò)調(diào)節(jié)壓輥的間隙以調(diào)節(jié)壓力，從而調(diào)節(jié)極片被壓實(shí)的厚度和密度4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---ColdLam4/6/2024ATLConfidentialCutting（裁片、分條）工序功能：將冷壓后的極片卷，先裁成大片，然后分成所需要的小條陰陽(yáng)極極片卷繞工藝的主要工藝流程

---Cutting4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Cutting4/6/2024ATLConfidentialWinding（卷繞）工序功能：小條陰陽(yáng)極極片、隔離膜卷繞組合成裸電芯卷繞工藝的主要工藝流程

---Winding4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Winding4/6/2024ATLConfidentialTopsealing（頂封）---與迭片工藝相同工序功能：將裸電芯包上包裝鋁箔，對(duì)頂部和側(cè)邊進(jìn)行熱封裝卷繞工藝的主要工藝流程

---Topsealing原理：包裝鋁箔分3層（尼龍層、鋁層、PP層），封裝時(shí)通過(guò)加熱使PP溶化，同時(shí)加壓（封頭壓合）使兩層包裝鋁箔粘合在一起，達(dá)到封裝的目的4/6/2024ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Topsealing4/6/2024ATLConfidentialInject（注液）---與迭片工藝基本相同工序功能：將電解液加入到電芯中，并將電芯完全封住環(huán)境要求：電芯注液前要進(jìn)行除水，注液過(guò)程要求低濕度原理：水作為電解液中一種痕量組分，對(duì)鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有非常大的