锂离子电池入门工艺剖析

1、2014/3/26锂离子电池入门工艺剖析1 锂离子电池入门工艺培训锂离子电池入门工艺培训 锂离子电池入门工艺剖析2 目目 录录 1. 1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理 2. 2.锂离子电池的基本构造锂离子电池的基本构造 3. 3.锂离子电池各工艺要点锂离子电池各工艺要点 4. 4.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念 锂离子电池入门工艺剖析3 1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理 锂离子电池入门工艺剖析4 1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理 锂离子电池入门工艺剖析5 1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理 以钴酸锂以钴酸锂-石墨体系为例石墨体系为例： 正极上发生的反应为正极

2、上发生的反应为 LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（电子）（电子） 负极上发生的反应为负极上发生的反应为 6C + xLi+ + xe- （电子）（电子）= LixC6 锂离子电池入门工艺剖析6 1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理 以钴酸锂以钴酸锂-石墨体系为例石墨体系为例： 正极上发生的反应为正极上发生的反应为 LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（电子）（电子） 负极上发生的反应为负极上发生的反应为 6C + xLi+ + xe- （电子）（电子）= LixC6 锂离子电池入门工艺剖析7 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 锂离

3、子电池入门工艺剖析8 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 2.1 正极构造正极构造 活性物质活性物质+导电剂导电剂+粘结剂粘结剂+集流体（铝箔）集流体（铝箔） 正极配方：正极配方： 组分组分材料材料配比配比 活性物质活性物质三元（三元（LiCo1-x-yNixMnyO2）93.5%-96.5% 导电剂导电剂导电碳黑（导电碳黑（sp）、导电石）、导电石 墨（墨（ks-6） 1.5%-4% 粘结剂粘结剂聚偏氟乙烯（聚偏氟乙烯（PVDF）2.0%-2.5% 集流体集流体铝箔铝箔- 锂离子电池入门工艺剖析9 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 2.2 负极构造负极构造 活性物质活性物质+导

4、电剂导电剂+增稠剂增稠剂+粘结剂粘结剂+集流体（集流体（铜铜箔）箔） 负极配方：负极配方： 组分组分材料材料配比配比 活性物质活性物质人造石墨（人造石墨（C）93.5%-95.6% 导电剂导电剂导电碳黑（导电碳黑（sp）、导电石）、导电石 墨（墨（ks-6） 1.0 %-2.5% 增稠剂增稠剂羧甲基纤维素钠（羧甲基纤维素钠（CMC）1.3%-1.5% 粘结剂粘结剂丁苯橡胶乳液（丁苯橡胶乳液（SBR）2.1%-2.5% 集流体集流体铜箔铜箔- 锂离子电池入门工艺剖析10 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 2.3 隔膜构造隔膜构造 聚烯烃隔膜的结构及特点聚烯烃隔膜的结构及特点 结构结构单层

5、、双层单层、双层单层、双层单层、双层三层三层 材料材料PP PE PP/PE/PP 生产方法生产方法 干法干法干法、湿法干法、湿法干法干法 优点优点 耐热性好、透耐热性好、透 过性好过性好 机械强度高低温闭机械强度高低温闭 孔孔(130 左右左右) 综合了综合了PP 、PE 膜优点，机膜优点，机 械强度好，械强度好， 安全性更高安全性更高 缺点缺点 安全关断温度安全关断温度 (闭孔温度闭孔温度 140 ） 高于高于 PE 耐高温性能不如耐高温性能不如PP 高温透过性差高温透过性差 应用范围应用范围 数码电池、动数码电池、动 力电池力电池 数码电池数码电池数码电池数码电池 锂离子电池入门工艺剖析

6、11 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 干法单拉隔膜干法单拉隔膜 锂离子电池入门工艺剖析12 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 湿法隔膜湿法隔膜 锂离子电池入门工艺剖析13 2.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造 2.4 盖帽构造 锂离子电池入门工艺剖析14 3.各工序控制要点各工序控制要点 锂离子电池入门工艺剖析15 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.1 配料合浆：配料合浆： 正（负）极浆料配制，是将正（负）极活性物质、导电正（负）极浆料配制，是将正（负）极活性物质、导电 剂、粘结剂等正（负）极物质混合在一起的混料过程，剂、粘结剂等正（负）极物质混合在一起的混料过程，

7、混料是混料是把把电池活性物质材料和辅料，在溶剂中进行高度电池活性物质材料和辅料，在溶剂中进行高度 分散形成牛顿型高粘度流体，达到将活性物质、导电剂、分散形成牛顿型高粘度流体，达到将活性物质、导电剂、 粘结剂及其它添加剂充分混合，均匀分散的目的粘结剂及其它添加剂充分混合，均匀分散的目的。 锂离子电池入门工艺剖析16 3.各工序控制要点各工序控制要点 控制点控制点 （1）原料要符合工艺要求，如材料种类型号，各组分的加原料要符合工艺要求，如材料种类型号，各组分的加 入量；入量； （2）正极不能带入水分；正极不能带入水分； （3）设备注意干燥，控制室内湿度；设备注意干燥，控制室内湿度； （4）PVDF

8、溶解过程比较缓慢，制浆前需提前溶解溶解过程比较缓慢，制浆前需提前溶解PVDF于于 NMP中，中，CMC也是较难溶液，制浆前需提前溶解也是较难溶液，制浆前需提前溶解CMC于水中；于水中； PVDF和和CMC要充分溶解，分散均匀，如果存在颗粒的粘结剂要充分溶解，分散均匀，如果存在颗粒的粘结剂 或增稠剂必须增加搅拌时间或者更改搅拌工艺；或增稠剂必须增加搅拌时间或者更改搅拌工艺； （5）加入导电剂和活性物质后，浆料应均匀一致，没有团加入导电剂和活性物质后，浆料应均匀一致，没有团 聚的颗粒，并且浆料中气泡应除尽，正极粘度：聚的颗粒，并且浆料中气泡应除尽，正极粘度：4000- 10000mpa.s，负极粘

9、度：，负极粘度：1500mpa.s，浆料粘度和固含量对，浆料粘度和固含量对 涂浆工艺影响至关重要。涂浆工艺影响至关重要。 锂离子电池入门工艺剖析17 3.各工序控制要点各工序控制要点 固含量测试方法：固含量测试方法： 固含量固含量=固化后浆料质量固化后浆料质量/浆料质量浆料质量*100% 锂离子电池入门工艺剖析18 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.2 涂浆（布）与干燥：涂浆（布）与干燥： 涂布过程是把浆料涂敷到集流体上，干燥是将浆涂布过程是把浆料涂敷到集流体上，干燥是将浆 料中溶剂全部除去。锂电池极片涂布时，与一般料中溶剂全部除去。锂电池极片涂布时，与一般 的涂料涂布明显不同：浆料湿涂层

10、较厚，浆料为的涂料涂布明显不同：浆料湿涂层较厚，浆料为 牛顿型高粘度流体，流体流动是所需剪应力，随牛顿型高粘度流体，流体流动是所需剪应力，随 流速的改变而改变。涂布厚度的调整很难根据一流速的改变而改变。涂布厚度的调整很难根据一 个标准的方式进行，这也是涂布机涂布过程中的个标准的方式进行，这也是涂布机涂布过程中的 难点。它对操作者的熟练程度、经验要求很高。难点。它对操作者的熟练程度、经验要求很高。 极片涂布的准确度要求很高，厚度偏差约极片涂布的准确度要求很高，厚度偏差约3um， 因此对设备要求很高。因此对设备要求很高。 锂离子电池入门工艺剖析19 3.各工序控制要点各工序控制要点 控制点控制点

11、（1）要尽可能保证涂布的一致性，操作时应注意浆料粘度的变化、料斗要尽可能保证涂布的一致性，操作时应注意浆料粘度的变化、料斗 上液面高度的变化、涂布速度的变化；上液面高度的变化、涂布速度的变化； （2）铝箔上浆料薄层进入烤箱干燥，除去铝箔上浆料薄层进入烤箱干燥，除去NMP溶剂（溶剂（NMP沸点沸点202，闪，闪 点点95）。干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定，干燥过快，表面）。干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定，干燥过快，表面 形成形成PVDF膜层，内部的膜层，内部的NMP溶剂挥发会造成表面层起皱现象，为保证溶剂挥发会造成表面层起皱现象，为保证NMP 均匀蒸发，通常采用分段干燥，中间段温

12、度最高。正极一般为均匀蒸发，通常采用分段干燥，中间段温度最高。正极一般为100-130， 负极若采用水性体系，干燥温度一般为负极若采用水性体系，干燥温度一般为75-90；还有干燥过程；还有干燥过程NMP挥发，挥发， 涂布浆料的组成不断变化，所以配制浆料的涂布浆料的组成不断变化，所以配制浆料的NMP溶剂的量、升温方式和加溶剂的量、升温方式和加 热时间，对此都有影响；热时间，对此都有影响； （3）加热温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解，加热温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解， 造成活性物质剥落；加热温度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质造成活性物质剥落；

13、加热温度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质 剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成 铝箔氧化和极片偏湿；铝箔氧化和极片偏湿； （4）涂布和干燥要做到首件三检涂布和干燥要做到首件三检-厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检 验对应的拉浆速度、烘烤时间、间隙等。验对应的拉浆速度、烘烤时间、间隙等。 锂离子电池入门工艺剖析20 3.各工序控制要点各工序控制要点 关于条痕暗痕的解释：关于条痕暗痕的解释： 暗痕是由于涂布时，极片表面部分厚度不均，暗痕是由于涂布时，极片表面部分厚度不

14、均， 出现色差，显示外观为暗痕。厚度不均的原因出现色差，显示外观为暗痕。厚度不均的原因 可能是可能是（1）在拉浆过程中因刀口有异物或刀口）在拉浆过程中因刀口有异物或刀口 表面不平整（有豁口），造成极片表面厚度不表面不平整（有豁口），造成极片表面厚度不 均匀的现象；（均匀的现象；（2）在辊压前或辊压后出现的呈）在辊压前或辊压后出现的呈 线状的痕迹。多因刀口未打开的颗粒，或有小线状的痕迹。多因刀口未打开的颗粒，或有小 的干浆料卡在刀口上所致。的干浆料卡在刀口上所致。 锂离子电池入门工艺剖析21 3.各工序控制要点各工序控制要点 FT-1暗痕的暗痕的SEM图：图： 锂离子电池入门工艺剖析22 3.各

15、工序控制要点各工序控制要点 FT-1暗痕的暗痕的SEM图：图： 锂离子电池入门工艺剖析23 3.各工序控制要点各工序控制要点 FT-1暗痕的暗痕的SEM图：图： 锂离子电池入门工艺剖析24 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.3 压光与切片压光与切片 极片经过压实，一方面可以增加极片的比容量，使活性极片经过压实，一方面可以增加极片的比容量，使活性 物质欲导电剂、集流体充分接触，有利于活性物质电化物质欲导电剂、集流体充分接触，有利于活性物质电化 学性能充分发挥；另一方面，滚压后极片强度提高，光学性能充分发挥；另一方面，滚压后极片强度提高，光 洁度增大，有利于后续工艺加工，减少损耗。洁度增大，有

16、利于后续工艺加工，减少损耗。 锂离子电池入门工艺剖析25 3.各工序控制要点各工序控制要点 控制点控制点 （1）滚压应注意厚度符合工艺要求；滚压应注意厚度符合工艺要求； （2）压片时应注意气泡、掉料、极片变形、波浪边等；压片时应注意气泡、掉料、极片变形、波浪边等； （3）对辊机辊径越大越好；对辊机辊径越大越好； （4）极片分切尺寸规格符合工艺要求，不掉料、无波极片分切尺寸规格符合工艺要求，不掉料、无波 浪边，毛刺符合工艺要求；浪边，毛刺符合工艺要求； 锂离子电池入门工艺剖析26 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.4 极片极片 锂离子电池入门工艺剖析27 3.各工序控制要点各工序控制要点 锂

17、离子电池入门工艺剖析28 3.各工序控制要点各工序控制要点 控制点控制点 （1）无掉粉，波浪边）无掉粉，波浪边； （2）极片尺寸符合工艺要求）极片尺寸符合工艺要求； （3）贴胶及极耳焊接符合要求）贴胶及极耳焊接符合要求； （4）毛刺符合工艺要求毛刺符合工艺要求。 锂离子电池入门工艺剖析29 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.5 卷绕入壳点底焊滚槽卷绕入壳点底焊滚槽 遵循负极包住正极原则有以下控制点：遵循负极包住正极原则有以下控制点： （1）卷绕头部尾部，负极超出正极）卷绕头部尾部，负极超出正极5mm以上；以上； （2）极片边缘负极包住正极（）极片边缘负极包住正极（X-ray检测）。检测）。

18、 PS: 测试电芯是否内部短路，公司有哪几项措施？测试电芯是否内部短路，公司有哪几项措施？ （3）点底焊符合工艺要求）点底焊符合工艺要求-焊接拉力，不虚焊，不过焊。焊接拉力，不虚焊，不过焊。 （4）滚槽符合工艺尺寸，无掉镀层等外观问题，无翘垫）滚槽符合工艺尺寸，无掉镀层等外观问题，无翘垫 片现象。片现象。 锂离子电池入门工艺剖析30 3.各工序控制要点各工序控制要点 内部短路问题内部短路问题: 锂离子电池入门工艺剖析31 3.各工序控制要点各工序控制要点 锂离子电池入门工艺剖析32 3.各工序控制要点各工序控制要点 锂离子电池入门工艺剖析33 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.6 烘烤注液

19、烘烤注液 所有的控制点最主要的目的：水分控制！所有的控制点最主要的目的：水分控制！ 水分不合格的后果：电芯化成分容后水分不合格的后果：电芯化成分容后CID翻转、翻转、 电芯低容低压、循环差等等问题。电芯低容低压、循环差等等问题。 此外：电芯注液量也是重要控制点。此外：电芯注液量也是重要控制点。 锂离子电池入门工艺剖析34 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.7 封口封口 控制点：控制点： （1）满足封口工艺尺寸；）满足封口工艺尺寸； （2）气密性满足要求；）气密性满足要求； （3）无外观问题。）无外观问题。 锂离子电池入门工艺剖析35 3.各工序控制要点各工序控制要点 3.8 化成分容化成分

20、容 化成：根据工艺要求设置工步，小电流放电，化成：根据工艺要求设置工步，小电流放电， 最终电压不高于最终电压不高于3.7V3.7V； 分容：根据工艺要求设置分容工步；分容：根据工艺要求设置分容工步； PSPS：温度对化成和容量的影响较大，所以要控：温度对化成和容量的影响较大，所以要控 制车间温度。制车间温度。 锂离子电池入门工艺剖析36 3.各工序控制要点各工序控制要点 化成目的：化成目的： （1 1）激活正负极材料；）激活正负极材料； （2 2）负极形成）负极形成SEISEI膜。膜。 成膜反应一般在：电压成膜反应一般在：电压1.2V1.2V 电压电压2.5V2.5V，主要是，主要是H2H2和

21、和CO2CO2产生，电压产生，电压3.0V3.0V， ECEC、EMCEMC、DMCDMC分解，产生其它烷烃类气体，电分解，产生其它烷烃类气体，电 芯芯3.0-3.5V3.0-3.5V产气最多，产气最多，3.5V3.5V后后SEISEI膜基本生成，膜基本生成， 电压电压3.8V3.8V， DMC DMC和和EMCEMC分解产气为主。分解产气为主。 锂离子电池入门工艺剖析37 4.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念 电压：电器工作时的电压电压：电器工作时的电压3.0-4.2/2.5-4.2(单位：单位：V)，放，放 电时，电压不停下降，平台电压指占整个放电时间的绝电时，电压不停下降，平台电压指

22、占整个放电时间的绝 大部分的那段电压，一般标称电压是平台电压的中心电大部分的那段电压，一般标称电压是平台电压的中心电 压，在此电压附近，充电和放电时电压变化都很慢。压，在此电压附近，充电和放电时电压变化都很慢。 内阻：电芯本身的电化学阻抗，包括欧姆电阻核电化学内阻：电芯本身的电化学阻抗，包括欧姆电阻核电化学 电阻，大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显电阻，大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显 （单位：（单位：m）。）。 容量：指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，容量：指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量， 即电流对时间的积分即电流对时间的积分(单位：单位：mAh或或Ah ) 。 倍率：指电芯按照标称容量的倍数放电下，其放电能力倍率：指电芯按照标称容量的倍数放电下，其放电能力 的表述。的表述。 锂离子电池入门工艺剖析38 4.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念 循环：循环：指二次电池按照一定