锂离子电池基本原理和工艺流程介绍.ppt

1 5 2020 ATLConfidential 电池制造技术基础教材 锂离子电池基本工艺流程介绍 BinShuBM PRJ Dept03 25 2008 1 5 2020 ATLConfidential 课程简介 PartA 基本常识与常用术语 缩写PartB 迭片工艺的主要工艺流程介绍PartC 卷绕工艺主要工艺流程介绍 1 5 2020 ATLConfidential PartA 基本常识与常用术语 缩写 1 5 2020 ATLConfidential 锂离子电池基本组成部分 锂离子电池 锂离子电芯 Cell 保护电路 PCB 阴极 Cathode 阳极 Anode 隔离膜 Separator 电解液 Electrolyte 包装 Packingfoil 1 5 2020 ATLConfidential 阴极Cathode 1 5 2020 ATLConfidential 阳极Anode 1 5 2020 ATLConfidential 隔离膜 电解液 包装材料 1 5 2020 ATLConfidential 内部称谓 膜片 迭片工艺特有 Coating生产出来得半成品 组分是阴阳极粉料和辅料极片 阴极 阳极活性材料与集流体组合成的半成品Bi Cell 迭片工艺在平压后由阴极 阳极 隔离膜组成的单体电芯裸电芯 焊接工序成品称谓 电芯除包装铝箔和电解液部分总称 卷绕工艺中卷绕后的半成品也称裸电芯 1 5 2020 ATLConfidential CC 恒流充电 ConstantCurrent 恒定电流的充电过程 CV 恒压充电 ConstantVoltage 恒定电压的充电过程 Capacity 容量 电流与时间的积分 Rate 放电 倍率 习惯用C表示 倍率 放电是我们的习惯说法 如 0 2C放电 放电时间t 1 0 2 5小时 放电电流I 电池容量 0 2A0 5C放电 放电时间t 1 0 5 2小时 放电电流I 电池容量 0 5A1C放电 放电时间t 1 1 1小时 放电电流I 电池容量 1A2C放电 放电时间t 1 2 0 5小时 放电电流I 电池容量 2A0 2C 0 5C 1C 2C充电也是类似的意思 常用术语 1 5 2020 ATLConfidential 图片仅为模型 不代表具体商品 ATL电芯应用 1 5 2020 ATLConfidential 图片仅为模型 不代表具体商品 ATL电芯应用 1 5 2020 ATLConfidential 图片仅为模型 不代表具体产品 ATL电芯应用 1 5 2020 ATLConfidential 图片仅为模型 不代表具体商品 ATL电芯应用 1 5 2020 ATLConfidential ATL电芯应用 图片仅为模型 不代表具体商品 1 5 2020 ATLConfidential PartB 迭片工艺的主要工艺流程介绍 1 5 2020 ATLConfidential Li离子电芯核心制造工艺分为 迭片工艺和卷绕工艺 制造工艺分类 两种工艺的主要区别和工艺名称来源 极片装配方式的区别 由此两种基础工艺衍生出许多分支工艺 ATL内部工艺 P1 P2 P1B P2C 迭片工艺M6S M6P M6C 卷绕工艺 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺 Stacking ATL内部称为P1工艺 迭片工艺是将阴极 阳极 隔离膜切成小片叠片压合成小电芯单体 内部称为Bi cell 然后将Bi cell叠放并联起来组成一个大电芯的一种Li离子电芯制造工艺 迭片工艺的定义 单层Bi cell叠片过程演示 单面阳极 隔离膜 单面阴极 Bi Cell 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺示意图 双层Bi cell叠片过程演示 双面阳极 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺示意图 1 5 2020 ATLConfidential P1工序流程图 Mainprocess 迭片工艺的主要工序流程图 搅拌 Mixing 涂布 Coating 分切 Slitting 连续辊压 LamI 模切 ModuleCutting 叠片 Stacking 平压 LamII 萃取 Extraction 焊接 Welding 顶封 TopSealing 注液 Inject 化成 Formation 成型 Forming 测试 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺物料形态流程图 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Mixing Mixing示意图 Mixing 搅拌 工序功能 将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀 并调制成浆 混合头高速旋转产生吸力 液体和固体被吸入 离心力使材料在混合头中进行圆周运动 材料从混合头甩出 材料在搅拌罐继续运动 进入下一个搅拌循环 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Mixing 1 5 2020 ATLConfidential Coating 涂布 工序功能 将浆料连续 均匀地涂覆在传送Mylar的表面 烘干 分别制成阴阳极的膜片 迭片工艺的主要工艺流程 Coating 原理 涂辊转动带动浆料 通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量 并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上 按工艺要求 控制涂布层的厚度以达到重量要求 同时 通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂 使固体物质很好地粘结于基材上 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Coating Coating示意图 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Coating 1 5 2020 ATLConfidential Lam 连续辊压 工序功能 将膜片与集流体通过高温 压力 匀速的压制成极片卷 同时将之压实 达到合适的密度和厚度 迭片工艺的主要工艺流程 Lam 原理 在膜片与极流体浆料中含有一定量的PVDF粘结剂 在加热和加压的条件下膜片和极片粘合在一起 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Lam 1 5 2020 ATLConfidential Stacking 叠片 工序功能 通过手工或夹具将阴极极片 隔离膜片 阳极极片规则地重叠在一起 迭片工艺的主要工艺流程 Stacking 双层Bi cell叠片过程演示 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 手工叠片 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 夹具叠片 1 5 2020 ATLConfidential Lam 平压 工序功能 将阴极极片 阳极极片 隔离膜通过加温压制成Bi cell 迭片工艺的主要工艺流程 Lam 原理 与Lam 类似 通过极片 主要是膜片 隔离膜上含有的一定量的PVDF粘结剂 在加热和加压的条件下阴极极片 隔离膜 阳极极片粘结在一起 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Lam 1 5 2020 ATLConfidential Extraction 萃取 工序功能 萃取就是通过萃取 一般为甲醇 溶液将Bi Cell里面的塑化剂 DBP 邻苯二钾酸二丁脂 又称造孔剂 萃取出来 原来塑化剂所在的地方就形成小孔 有利于Li 顺畅通过 以及电解液驻扎在里面 迭片工艺的主要工艺流程 Extraction 原理 与化学萃取的原理相同 利用塑化剂在萃取液 甲醇 中良好的溶解性 以及其他材料不溶于萃取剂的特性 萃取剂浸泡Bi cell 同时加热 使塑化剂溶解在萃取液中 达到造孔的目的 1 5 2020 ATLConfidential Noextraction treated Extracted treated SEMimagesofSeparator NoextractionVSExtraction 迭片工艺的主要工艺流程 Extraction 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Extraction 1 5 2020 ATLConfidential Welding 焊接 工序功能 将多个Bi cell和Al NiTab一起焊接成为裸电芯 迭片工艺的主要工艺流程 Welding 原理 超声波焊接利用超声频率 超过16KHZ 的机械振动能量在静压力的共同作用下 将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功 形变能及随后有限的温升 从而达到连接异种金属的目的 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Welding 切去多余的极耳 焊接 焊接后的裸电芯 1 5 2020 ATLConfidential Topsealing 顶封 工序功能 将裸电芯包上包装铝箔 对顶部和侧边进行热封装 迭片工艺的主要工艺流程 Topsealing 原理 包装铝箔分3层 尼龙层 铝层 PP层 封装时通过加热使PP溶化 同时加压 封头压合 使两层包装铝箔粘合在一起 达到封装的目的 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Topsealing 1 5 2020 ATLConfidential Inject 注液 工序功能 将电解液加入到电芯中 并将电芯完全封住环境要求 电芯注液前要进行除水 关注过程要求低湿度原理 水作为电解液中一种痕量组分 对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响 满充状态的阳极与锂金属性质相近 可以直接与水发生反应 因此 在锂离子电池的制作过程中必须严格控制环境的湿度和正负极材料 电解液的含水量 迭片工艺的主要工艺流程 Inject 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Inject 1 5 2020 ATLConfidential 化成工序功能 通过充放电方式将其内部正负极物质激活 同时在阳极表面形成良好的SEI膜 原理 锂电芯的化成是电池的初使化 使电芯的活性物质激活 即是一个能量转换的过程 锂电芯的化成是一个非常复杂的过程 同时也是影响电池性能很重要的一道工序 因为在Li 第一次充电时 Li 第一次插入到石墨中 会在电池内发生电化学反应 在电池首次充电过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上 形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层 人们称之为固体电解质相界面或称SEI膜 SOLIDELECTROLYTEINTERFACE 迭片工艺的主要工艺流程 Formation 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Formation 1 5 2020 ATLConfidential Forming 成型 工序功能 将电芯外型作最后加工 迭片工艺的主要工艺流程 Forming Degassing Baking 切边 折边 释放化成产生的气体 高温老化 切去气袋和多余的侧边 将侧边折起 完成电芯最终外形 1 5 2020 ATLConfidential 迭片工艺的主要工艺流程 Forming 1 5 2020 ATLConfidential Part3 卷绕工艺的主要工艺流程介绍 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺工序流程图 Mainprocess 卷绕工艺的主要工序流程图 搅拌 Mixing 涂布 Coating 冷压 ColdLam 裁片分条 Slitting 焊接 Welding 卷绕 Winding 顶封 Topsealing 注液 Inject 化成 Formation 成型 Forming 测试 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 物料形态流程图 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 Mixing Mixing示意图 Mixing 搅拌 与迭片工艺基本相同工序功能 将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀 并调制成浆 混合头高速旋转产生吸力 液体和固体被吸入 离心力使材料在混合头中进行圆周运动 材料从混合头甩出 材料在搅拌罐继续运动 进入下一个搅拌循环 1 5 2020 ATLConfidential Coating 涂布 与迭片原理相同 方法不同工序功能 将浆料间歇 均匀地涂覆在传送集流体的表面 烘干 分别制成阴阳极的极片卷 卷绕工艺的主要工艺流程 Coating 原理 涂辊转动带动浆料 通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量 并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上 按工艺要求 控制涂布层的厚度以达到重量要求 同时 通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂 使固体物质很好地粘结于基材上 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 Coating 1 5 2020 ATLConfidential ColdLam 冷压 工序功能 将Coating后的极片压实 达到合适的密度和厚度 卷绕工艺的主要工艺流程 ColdLam 原理 通过调节压辊的间隙以调节压力 从而调节极片被压实的厚度和密度 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 ColdLam 1 5 2020 ATLConfidential Cutting 裁片 分条 工序功能 将冷压后的极片卷 先裁成大片 然后分成所需要的小条阴阳极极片 卷绕工艺的主要工艺流程 Cutting 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 Cutting 1 5 2020 ATLConfidential Winding 卷绕 工序功能 小条阴阳极极片 隔离膜卷绕组合成裸电芯 卷绕工艺的主要工艺流程 Winding 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 Winding 1 5 2020 ATLConfidential Topsealing 顶封 与迭片工艺相同工序功能 将裸电芯包上包装铝箔 对顶部和侧边进行热封装 卷绕工艺的主要工艺流程 Topsealing 原理 包装铝箔分3层 尼龙层 铝层 PP层 封装时通过加热使PP溶化 同时加压 封头压合 使两层包装铝箔粘合在一起 达到封装的目的 1 5 2020 ATLConfidential 卷绕工艺的主要工艺流程 Topsealing 1 5 2020 ATLConfidential Inject 注液 与迭片工艺基本相同工序功能 将电解液加入到电芯中 并将电芯完全封住环境要求 电芯注液前要进行除水 注液过程要求低湿度原理 水作为电解液中一种痕量组分 对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有