新型化学电源工艺(教案).pdf

新型化学电源及制造工艺 第一部分第一部分 化学电源构造及工作原理化学电源构造及工作原理 第二部分第二部分 化学电源造制造工艺化学电源造制造工艺 1 电池的基本构造 组成 电池的组成电池的组成 构造构造 示意图示意图 正极正极负极负极 电池外壳电池外壳 电解液电解液 隔隔 膜膜 电池符号电池符号 化学表示式化学表示式 Zn I NH4Cl ZnCl2I MnCl2 I 化学电源的构造及工作原理 化学电源构造及工作原理 2 电池主要部件具体组成 电池主要部件具体组成 正极正极负极负极 电池外壳电池外壳 电解液电解液 隔隔 膜膜 正极正极 正极活性物质 导电剂 粘结剂 正极添加剂 正极活性物质 导电剂 粘结剂 正极添加剂 负极负极 负极活性物质 导电剂 粘结剂 负极添加剂 负极活性物质 导电剂 粘结剂 负极添加剂 电解液电解液 电解质 溶剂 电解质 溶剂 水 有机溶剂水 有机溶剂 外壳外壳 金属壳 塑料壳 纸壳 金属壳 塑料壳 纸壳 化学电源构造及工作原理 圆柱型电池的实际构造圆柱型电池的实际构造 圆柱型电池的实际构造图圆柱型电池的实际构造图 1 正极材料正极材料 2 负极材料负极材料 3 负极集流体负极集流体 4 电池壳电池壳 5 正极导线正极导线 极耳 6 正极盖正极盖 7 负极引线负极引线 极耳极耳 8 绝缘包装层绝缘包装层 9 正极正极 10 弹簧弹簧 化学电源构造 圆柱型电池的实际构造圆柱型电池的实际构造 圆柱型电池的实际构造图圆柱型电池的实际构造图 1 正极材料正极材料 2 负极材料负极材料 3 隔膜隔膜 4 电池壳电池壳 5 气阀气阀 防爆装置防爆装置 6 正极正极 7 螺旋弹簧螺旋弹簧 8 绝缘包装层绝缘包装层 化学电源的构造及工作原理 3 电池各部件的作用电池各部件的作用 正极正极负极负极 电池外壳电池外壳 电解液电解液 隔隔 膜膜 正极 负极正极 负极 发生电化学反应 产生电流 发生电化学反应 产生电流 电解液电解液 电池内部导电 电池内部导电 隔膜隔膜 隔正负极 隔电子传递 允许离子传导 导电 隔正负极 隔电子传递 允许离子传导 导电 电池外壳电池外壳 容器 使用及携带方便 容器 使用及携带方便 注 负极 导体注 负极 导体 化学电源的构造及工作原理 4 镍氢 镍镉电池的作用原理 正极负极 Ie I 正极 正极 NiOOH H2O e Ni OH 2 负极 负极 Cd 2OH Cd OH 2 2e 电池反应 电池反应 Cd 2NiOOH H2O Cd OH 2 Ni OH 4 放电放电 充电充电 Ni Cd电池符号电池符号 Cd I KOH LiOH I NiOOH 化学电源的构造及工作原理 5 锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理 电池反应原理图示 电池反应原理图示 4 锂离子电池工作原理 电极反应及电池反应电极反应及电池反应 化学电源的构造及工作原理 6 燃料电池工作原理燃料电池工作原理 燃料电池工作原理 燃料电池工作原理 化学电源的构造及工作原理 5 燃料电池工作原理燃料电池工作原理 电极及电池反应原理 电极及电池反应原理 若电解质溶液是碱溶液则 若电解质溶液是碱溶液则 正极反应 正极反应 O2 2H2O 4e 4OH 负极反应 负极反应 2H2 4OH 4e 4H20 电池反应 电池反应 2H2 O2 2H20 若电解质溶液是盐溶液则 若电解质溶液是盐溶液则 正极反应 正极反应 O2 4e 2H2O 4OH 负极反应 负极反应 2H2 4e 4H 电池反应 电池反应 2H2 O2 2H20 燃料电池反应原理 负极反应 镍氢 镍镉电池制造工艺镍氢 镍镉电池制造工艺 第二部分第二部分化学电源工艺化学电源工艺 I 13 第二部分第二部分化学电源工艺化学电源工艺 I 正正 负极配方负极配方 14 I 制造工艺流程图 01 制浆制浆 正负极浆料正负极浆料 活性物质 导电剂活性物质 导电剂 粘结剂 添加剂 粘结剂 添加剂 02 上浆上浆 涂布涂布 集流体泡沫镍 集流体泡沫镍 镀镍不锈钢网镀镍不锈钢网 03 烘干烘干 恒温炉子恒温炉子 04 压片压片 对滚机对滚机 1 拉浆 涂布车间 均一性好均一性好 附着力强附着力强 极片质量极片质量 电池容量电池容量 一致性好一致性好 无裂纹无裂纹 极片质量极片质量 脱粉脱粉 电池容量电池容量 一致性好一致性好 无裂纹无裂纹 极片质量极片质量 电池容量电池容量 脱粉脱粉 均匀均匀 温度 速度 敷料量温度 速度 敷料量 极片质量极片质量 电池容量电池容量 寿命寿命 15 I 制造工艺方框图 05 分片分片 分片机分片机 02 05工序工序 同时进行同时进行 06 切片切片 切片机切片机 07 装合装合 人工整理人工整理 08 理片装合理片装合 人工整理人工整理 1 拉浆 涂布车间 一致性好一致性好 无毛刺无毛刺 极片质量极片质量 容量容量 短路短路 极片质量极片质量 脱粉脱粉 短路短路 容量容量 16 I 制造工艺流程图 10 清粉清粉 去粉去粉 超声超声清粉清粉 11 点焊极耳点焊极耳 分好分好的镍带的镍带 镀镍钢带镀镍钢带 点焊机点焊机 12 粘胶带粘胶带 分好分好的的 绝缘带绝缘带 2 制片车间 09 密封密封 存放存放 防潮防潮 膨胀膨胀 容量 寿命容量 寿命 彻底彻底 干净干净 容量容量 点焊 打火点焊 打火 均匀均匀 牢固牢固 内阻内阻 断路断路 牢固牢固 均匀均匀 短路短路 寿命寿命 17 I 制造工艺流程图 13 去毛刺去毛刺 去毛刺机去毛刺机 负极无毛刺负极无毛刺 14 揉片揉片 揉片机揉片机 负极不揉负极不揉 15 装合装合 整理整理 2 制片车间 彻底彻底 微短路微短路 容量容量 寿命寿命 卷绕质量卷绕质量 内阻内阻 容量容量 寿命寿命 揉片机揉片原理示意图揉片机揉片原理示意图 18 I 制造工艺流程图 16 卷绕卷绕 正负极正负极 隔膜 隔膜 电池壳加底电池壳加底 18 点焊点焊 负极耳负极耳 负极负极 17 滚槽滚槽 滚槽机滚槽机 3 4 装配车间 封口车间 整齐整齐 平行平行 微短路微短路 容量容量 寿命寿命 整齐整齐 一致一致 密封密封 寿命寿命 牢固牢固 准确准确 用力适度用力适度 内阻内阻 寿命寿命 19 I 制造工艺流程图 19 注夜注夜 注夜机注夜机 20 加密封圈加密封圈 人工人工 泡过泡过 密封胶密封胶 的密封圈的密封圈 21 点焊帽点焊帽 正极正极 3 4 装配车间 封口车间 干净干净 准确准确 密封密封 爬碱爬碱 漏夜 寿命漏夜 寿命 准确准确 不溅液不溅液 内阻内阻 容量容量 牢固牢固 准确准确 内阻内阻 寿命寿命 安全安全 20 I 制造工艺流程图 22 压帽压帽 人工人工 24 清洗清洗 去油去油 23 封口封口 封口机封口机 4 5 封口车间 化成车间 准确准确 不反弹不反弹 密封密封 容量容量 寿命寿命 准确准确 严实严实 密封性能密封性能 容量容量 寿命寿命 干净干净 彻底彻底 外观质量外观质量 贮存寿命贮存寿命 21 I 制造工艺流程图 25 装盒装盒 人工人工 25 化成化成 充放电充放电 26 分级分级 分容分容 4 5 封口车间 化成车间 严格工序严格工序 分级容量分级容量 电池性能电池性能 寿命寿命 准确准确 一致一致 效益效益 组合寿命组合寿命 22 I 制造工艺流程图 27 喷吗喷吗 生产批号 生产批号 生产公司生产公司 28 加绝缘片加绝缘片 正极正极 29 包装包装 塑料套塑料套 6 包 组 装车间 准确准确 清晰清晰 牢固持久牢固持久 责任 声誉责任 声誉 纠纷纠纷 准确准确 到位到位 断路断路 容量容量 寿命寿命 准确准确 美观美观 外观质量外观质量 广告广告 23 I 制造工艺流程图 29 串并点焊串并点焊 同上同上 30 加套加套 人工人工 31 热缩热缩 成型成型 成品成品1 成品成品2 6 包 组 装车间 33 装箱装箱 成品成品 准确准确 牢固牢固 外接触电阻外接触电阻 容量容量 准确准确 均一 牢固均一 牢固 外观质量外观质量 变形变形 寿命寿命 24 拉拉 浆浆 机机 上上 浆浆 机机 返回返回 25 涂涂 布布 机机 上上 浆浆 机机 返回返回26 压片机压片机 对滚机对滚机 返回返回 27 超超 声声 波波 清清 粉粉 机机 返回返回 28 普普 通通 点点 焊焊 机机 返回返回 笔笔 记记 本本 电电 池池 点点 焊焊 机机 29 不锈钢电池壳不锈钢电池壳 返回返回 SC型不锈钢电池壳型不锈钢电池壳 30 超超 声声 波波 点点 焊焊 机机 返回返回 31 电电 池池 封封 口口 机机 返回返回 32 电电 池池 化化 成成 柜柜 返回返回 33 电池包装机电池包装机 电池包装机外形电池包装机外形 返回返回 34 简单包装电池简单包装电池 电池简单包装后外形电池简单包装后外形 返回返回 35 锂离子电池 制造工艺 第二部分第二部分 化学电源工艺化学电源工艺 II II I 制造工艺流程图 锂离子电池制造工艺流程方框图a I 制造工艺流程图 锂离子电池制造工艺流程方框图b 第三部分第三部分 化学电源工艺化学电源工艺 II II 正正 负极配方负极配方 正极配方正极配方 正极活性物质 正极活性物质 钴酸锂钴酸锂 磷酸铁锂磷酸铁锂 50 95 导电剂导电剂 乙炔黑乙炔黑 5 45 粘结剂粘结剂 PVDF 1 8 集流体 集流体 铝箔铝箔 负极配方负极配方 负极活性物质 负极活性物质 碳化锂合金碳化锂合金LiC6 50 95 导电剂导电剂 石墨石墨 乙炔黑乙炔黑 0 45 粘结剂粘结剂 SBR 增稠剂增稠剂 CMC 1 8 集流体 集流体 铜箔铜箔 第三部分第三部分 化学电源工艺化学电源工艺 II II 正正 负极配方实例 负极配方实例 063048S型锂离子电池型锂离子电池 正极配方正极配方 LiCoO2 93 5 Super P 炭黑炭黑30nm 4 0 粘结剂粘结剂 PVDF 2 5 熔剂 熔剂 NMP 固体质量 固体质量 810 1496 注意事项 注意事项 a 正极粘度控制 正极粘度控制 6000cps 温度 温度 25 转子 转子3 b NMP重量需适当调节 达到粘度要求为宜 重量需适当调节 达到粘度要求为宜 c 特别注意温度 湿度对粘度的影响 特别注意温度 湿度对粘度的影响 第三部分第三部分 化学电源工艺化学电源工艺 II II 正正 负极配方实例 负极配方实例 063048S型锂离子电池型锂离子电池 注意事项注意事项 1 负极粘度控制 负极粘度控制 5000 6000cps 温度 温度 25 2 H2O用量需适当调节 达到粘度要求为宜 用量需适当调节 达到粘度要求为宜 3 特别注意温度湿度对粘度的影响 特别注意温度湿度对粘度的影响 负极配方负极配方 负极活性物质负极活性物质 碳化锂合金碳化锂合金LiC6 94 5 导电剂导电剂 Super P 1 粘结剂粘结剂 SBR 2 25 固含量固含量 增稠剂增稠剂 CMC 2 25 熔剂 熔剂 H2O 固体物质固体物质 1600 1417 5 I I 制造工艺流程图制造工艺流程图 活性物质活性物质 导电剂导电剂 粘结剂粘结剂 增塑剂增塑剂 集流体集流体 铝箔铝箔 铜箔铜箔 1 拉浆 涂布车间 01 混料混料 制浆制浆 真空混料真空混料 02 拉浆拉浆 涂布涂布 1 物料烘烤物料烘烤 LiCoO2 Super P 120度烘烤度烘烤4h 2 物料球磨物料球磨 将 将LiCoO2 Super P倒入料桶 同时加入磨倒入料桶 同时加入磨 球球 干料干料 磨球质量比 磨球质量比 1 1 在滚瓶球磨机 在滚瓶球磨机 转数转数 60rpm 球磨球磨4h 3 应特别注意应特别注意 正极正极 负极浆料的 负极浆料的 粘度控制粘度控制 I 制造工艺流程图 1 混料混料 NMP倒入倒入100L动力混合机料桶中 加热至动力混合机料桶中 加热至 80 称取 称取PVDF加到其中 开启混合机 加到其中 开启混合机 参数设置参数设置 转速为 转速为25 2转转 分 搅拌分 搅拌2h 2 接通冷却系统接通冷却系统 将已磨好的正极干料平均分四次加 将已磨好的正极干料平均分四次加 入 每次间隔入 每次间隔28至至32分钟 第三次加料视材料需要分钟 第三次加料视材料需要 添加添加NMP 第四次加料后加入 第四次加料后加入NMP 参数设置参数设置 转速为 转速为20 2转转 分 分 3 高速搅拌高速搅拌 第四次加料 第四次加料30 2分钟后进行高速搅拌 分钟后进行高速搅拌 时间为时间为8h 10分钟 分钟 参数设置参数设置 公转为 公转为30 2转转 分 自转为分 自转为25 2转转 分 分 1 拉浆 涂布车间 正极浆料制浆操作工序正极浆料制浆操作工序 实例实例1 N 甲基吡咯烷酮甲基吡咯烷酮 聚偏氟乙稀聚偏氟乙稀 I 制造工艺流程图 4 真空混合真空混合 将动力混合机接上真空 保持真空度 将动力混合机接上真空 保持真空度 为为 0 09MPa至至 0 10MPa 搅拌 搅拌30 2分钟 分钟 动力混合机参数设置 公转为动力混合机参数设置 公转为10 2转转 分 分 自转为自转为8 2转转 分 分 5 测量粘度测量粘度 取 取250 300ml浆料 使用粘度计测浆料 使用粘度计测 量粘度 量粘度 测试条件测试条件 转子号 转子号5 转速 转速15 30rpm 温度范围温度范围25 6 过筛过筛 将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨 将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨 过筛 同时在不锈钢盆上贴上标识 与拉浆设备过筛 同时在不锈钢盆上贴上标识 与拉浆设备 操作员交接后可流入拉浆作业工序 操作员交接后可流入拉浆作业工序 1 拉浆 涂布车间 续 正极浆料制浆工艺 操作工序 续 正极浆料制浆工艺 操作工序 I I 制造工艺方框图制造工艺方框图 裁大片裁大片 裁小片裁小片 称片称片 配片配片 无氧无氧 无水无水 真空真空 或惰气条件或惰气条件 03abc 烘烤烘烤 压片压片 裁大片裁大片 切小片切小片 04 烘烤烘烤 轧片轧片 注意注意 1 极片的质量极片的质量 g 和面密度和面密度 g cm2或或mg cm2 2 极片的长度极片的长度 宽度宽度 厚度厚度 mm 3 极片不可有毛刺 裂纹极片不可有毛刺 裂纹 4 极片均一 方正 极片均一 方正 5 烘烤温度 真空度的控制 烘烤温度 真空度的控制 I 制造工艺流程图 2 制片车间 破碎去除活破碎去除活 性物质混合物性物质混合物 正极正极铝极耳铝极耳 负极负极镍极耳镍极耳 05 清粉工序清粉工序 超声波超声波 06 电焊极耳电焊极耳 注意事项 注意事项 1 极耳的选择极耳的选择 不可有误铝极耳和镍极耳分别用超声波焊 不可有误铝极耳和镍极耳分别用超声波焊 接和电焊机焊接 负极极耳电焊点数要符合工艺要求 接和电焊机焊接 负极极耳电焊点数要符合工艺要求 2 焊点牢固焊点牢固 不可有虚焊 错焊 不可有虚焊 错焊 3 极耳和电极垂直或者平齐极耳和电极垂直或者平齐 不可歪斜 错位 不可歪斜 错位 I 制造工艺流程图 极极片片 极耳极耳 1 焊点焊点 2 制片车间 极片示意图 极 耳 2 I 制造工艺流程图 3 卷绕 装配车间 注意 注意 1 注意选择转针 不同类型电池使用的注意选择转针 不同类型电池使用的转针宽度转针宽度不同 不同 2 极片对齐 平整 不能破坏极片结构 造成裂纹甚至断裂极片对齐 平整 不能破坏极片结构 造成裂纹甚至断裂 3 透明胶粘平整 牢固 透明胶粘平整 牢固 4 平压机冷轧平压机冷轧2次 成型 极片隔膜贴紧 减少空气滞留量 次 成型 极片隔膜贴紧 减少空气滞留量 07 卷绕工序卷绕工序 08ab 粘透明胶粘透明胶 压电芯压电芯 正极片正极片 隔膜隔膜 负极片负极片 I 制造工艺流程图 09 粘胶带粘胶带 纸纸 10 装电池壳装电池壳 3 卷绕 装配车间 注意事项 注意事项 1 粘粘2 3种胶纸种胶纸 粘电芯的两则 抱住负极极耳 粘电芯的两则 抱住负极极耳 镍镍 带带 胶带分布均匀 镍带与电芯距离合乎工艺要 胶带分布均匀