锂离子电池基本制作及注意事项.ppt

电池基本制作及注意事项 一 材料理化性能定义及描述二 电极中的各种材料及其基本用途特性1 导电剂类2 电极材料3 胶类三 电池表现良好性能需要满足的几个条件四 搅拌方法及顺序1 搅胶2 搅油性材料3 搅水性材料五 实验过程中常见问题 解决方案及影响 一 材料理化性能定义及描述比表面积 m2 g 指材料单位质量粒子所具有的表面积 测试方法 计算单位重量的材料所吸附的氩气体积 粒径 m 材料颗粒大小的描述 指材料粒子的直径大小 D50则描述材料平均粒径大小 振实密度 g cm3 材料通过一定机械振动所得单位质量所振实下去的体积 另外 还有材料本身结构 外观型态 放电容量 容量效率 杂质含量等也是各项材料性能制约因素 二 电极中的各种材料及其基本用途特性1 导电剂类碳墨类导电剂 属无定形碳 导电性能良好 有强吸附性 比表面积大 约为60 100m2 g 其本身没有容量 人造石墨类导电剂 导电性较碳墨类稍差 但比表面积较小 为10 30m2 g 本身有容量 约为290mAh g 其加工性能较好 另外还有天然石墨类 因其本身导电性良好 也可作为导电剂 又因本身容量较高 也可作为负极材料 而纳米级碳纤维 导电性能良好 加工性能良好 但价格昂贵 2 电极材料就一般锂离子二次电池而言正极材料 钴酸锂 本身克容量135 150mAh g 压实密度3 65 4 00g cc LiCoO2为正极的锂离子电池具有开路电压高 比能量高 理论比能量1068Wh kg 理论容量274mAh g 循环寿命长 能快速放电的特点 但价格贵 负极材料 人造石墨 中间相碳微球 天然石墨改性类等等 普通人造石墨 克容量290 310mAh g 压实1 45 1 55g cc 中间相碳微球 克容量310 320mAh g 压实1 55 1 65g cc 天然石墨改性 克容量320 340mAh g 压实1 55 1 65g cc 3 胶类对于俗名为PVDF的高分子胶来说 其化学名为聚偏氟乙烯 其粘度的大小受分子量 官能团位置及加工工艺影响 一般来说 对于相同加工工艺 相同官能团位置 则其分子量越大其粘度越高 但随着粘度的增高 其对浆料的沉降现象也就更为明显 而CMC和SBR则为水性体系中所配合使用的胶 CMC 羧甲基纤维素纳 白色或微黄色粉末 本身有粘接性能 但在水性体系中其最基本作用还是分散材料及SBR SBR 丁苯橡胶乳 白色带浅蓝色乳状液体 高分子化合物 与CMC混合使用 其粘接性能较好 三 电池表现良好性能需要满足的几个条件对于材料来说 要使其表现出良好的性能 无非要达到以下几个条件 1 材料本身结构的完美性 颗粒大小的均一性 颗粒外观的平滑性 2 活性物分子在电极中的均一散布3 活性物分子与导电剂的良好接触4 顺畅地传导网络5 与电解液良好的浸润程度6 针对各种材料性能的良好工艺条件 四 搅拌方法及顺序1 搅胶PVDF 按照所要配置的浓度称取足量的PVDF干粉 放入干燥烘箱内 以70 80度恒温烘烤60 120min 再称取足量的NMP入配胶容器中 将容器固定 再匀速分散地将PVDF干粉加入容器中 边搅动边溶解 直到加完PVDF干粉 将容器尽量密封 搅拌3 4h 待干粉完全溶解 可慢搅以除去胶中的气泡或是将其溶液倒入固定容器中 密封静置一段时间即可 此胶忌水 其浓度一般为12 CMC 方法步骤基本同上 只是该溶液体系为水性 其溶剂为去离子水而非NMP 且该溶液体系浓度一般为2 3 5 2 搅油性材料将材料取足量于160度真空烘箱真空烘烤4h 取出材料待其冷却后再行搅拌 一般步骤如下 2 1加入导电剂SP 用足量NMP将其润湿 并快搅10 20min 2 2向第一步中加入其它导电剂 快搅10 20min 2 3加入活性物及胶 用勺子搅拌 后将其置于搅拌器上高速搅拌 直至看到浆料表面较为光滑 转而将其固定于搅拌器上搅拌2h 此步要求浆料要高速稠搅 达到分散之目的 2 4调节其固含 慢搅30min以便除尽汽泡 2 5取下浆料 过滤 3 搅水性材料3 1加入导电剂SP 用少量NMP将其润湿 并搅拌10 20min 3 2向第一步中加入其它导电剂 活性物及CMC与适量的H2O 用勺子搅拌 后将其置于搅拌器上高速搅拌 直至看到浆料表面较为光滑 再将其固定于搅拌器上搅拌1 2 1 5h 此步要求浆料要高速稠搅 达到分散之目的 3 3向第二步中加入适量的H2O调节稀稠 3 4向上一步浆料中加入足量的SBR 中速搅拌至SBR完全溶解 大概30min左右 加SBR时要求低温慢速 3 5加入浆料含水量10 15 NMP 含第1步中加的NMP 慢搅除气泡 30min左右 3 6取下浆料 过滤 五 实验过程中常见问题 解决方案及影响1 烘料目的 时间及温度 电极材料 为除去其中的水份 油脂及尘灰 烘烤条件一般为160度4H 胶 主要除水份 烘烤条件一般70 80度烘烤60 120min 草酸 除水份及结晶水 烘烤条件一般70 80度烘烤30 60min 2 导电剂的使用原则 导电剂一般混合使用 采用取长补短法则 3 导电剂添加量对电池的影响 导电剂加少对容量 循环 平台 高低温放电性能及大电流放电 安全性能 内阻等均有影响 4 配料时加料顺序之区别与优劣 导电剂与胶添加顺序 草酸添加顺序 NMP在水性料中的添加顺序等等 5 胶加少及加错对电池性能的影响 6 配料时急速冷却有何影响 7 在油性负极配置中为何加草酸以及草酸的加法与及量如何 加草酸有两个目的 除去铜箔表面氧化层及在铜箔表面形成腐蚀沟 增加浆料对铜箔的附着性 其用量一般为PVDF用量的2 8 CMC SBR在水性料中的作用及注意事项 CMC与SBR均有粘接性 在浆料中配合使用 其中CMC在此时主要起分散作用 SBR则主要起粘接作用 9 配水性负极为何加NMP以及用量方法如何 水性负极中添加NMP主要是增加负箔表面张力 使浆料表看来更为光滑 且为了避免拉浆时的收边现象 不过 加料时应注意 SBR与NMP均为高分子有机物 快速或高温均能使两种材料发生反应 出现果冻状且伴有气体产生 表现为浆料中的小气孔 10 固含 粘度和胶种类之间关系 11 拉浆时烘箱温度高低如何 拉浆进温度过低极片未完全烘干致后序掉粉 温度过高 极片掉粉或出现明显裂纹 及有收边现象 12 拉浆面密度不均匀或偏大偏小 拉浆面密度不均匀分为几个方面 极片前后面密度不一致 两边面密度不一致 极片搅料不均匀导致拉浆时面密度不一致 材料本身性能不稳定致拉浆面密度不稳定 另外还有极片面密度偏大或是偏小 13 对辊压力调试 从两个方面来说 一是从