硫化物电解质及固态电池工艺

9硫化物电解质及固态电池工艺全固态锂离子电池具有便携性、无毒性、安全性成为可充放锂离子电池的研究热点，并被应用到电动汽储能材料等领域当中。传统的锂离子电池由于漏液问题功率、高能量密度的锂离子电池中尤为突出，为了彻底途径还是采用固体电解质代替传统电解液。由于具有良电解质特别是硫化物电解质已成为固态电解质的一个研究热点。类别内容规模备注主体厂房1栋4层，总建筑面积2092m2。1F设置2条实验线，2F为资料室，3F为办公区，4F为实验室，设置有干法实验室、湿法实验室、正负极研发实验室、干燥房、电硫化锂制备、固态电解质制备均在厂房1楼完成，全固态电池制备在厂房4楼完成池测试室、软包电池实验室辅助办公区位于厂房第三层，占地面积约500m2/储运原辅材料储存区位于厂房2楼/公用供水系统由园区供水管道引入市政供水管网排水系统依托园区排水管网市政污水管网供电系统由园区配电间引入市政供电系统环保废水二次及多次清洗废水经市政管网排入洋湖再生水厂生活污水依托园区化粪池处理废气处理配料工序产生的投料粉尘、有机废气（非甲烷总烃）：硫化锂制备、固态电解质制备配料工序中的加料在1F手套箱内进行，全固态电池制备配料工序中的加料在4F手套箱内进行，均在密闭设备内进行操作，产生的微量颗粒物自然沉降在手套箱内；干燥废气：本干燥工序在厂房1F，通过集气管引至实验室尾气处理系统（弱碱溶液吸收+除雾装置+二级活性炭吸附装置）处理，经排气筒DA001楼顶高空排放；烧结废气：本烧结工序在厂房1F，通过集气管引至实验室尾气处理系统（弱碱溶液吸收+除雾装置+二级活性炭吸附装置）处理，经排气筒DA001楼顶高空排放；极片烘干废气：本极片烘干在厂房4F，烘箱排风口设置集气管，引至实验室尾气处理系统（弱碱溶液吸收+除雾装置+二级活性炭吸附装置）处理，经排气筒DA001楼顶高空排放。噪声处理厂房隔声固废处理一般固废：分类收集，暂存于一般固废间，外售综合利用；危险废物：暂存于实验室设置的危险废物暂存区，委托有资质单位处置。序号研发方案研发产品名称试验条件研发量1硫化锂研发 硫化锂气1200℃下烧结6h500kg/a2硫化物固态电解质研发硫化物固态电解质 6PS5Cl）200℃氮气气氛下烘干烧结16h500kg/a3全固态电池研发硫化物全固态电池原材料不同配比1000kWh/a序号设备名称型号设备数量设备位置备注1自动称料给料系统\2称料2搅拌球磨机1湿法混料3三合一干燥机1过滤干燥4真空退火炉四匣钵1高温烧结5干法球磨机5L1破碎6手套箱双工位2惰性气氛保护7冷水机\4冷却水循环8模温机\2导热油加热9储料罐50L4储料储液罐50L6储液真空泵\6抽真空包装机\1包装V型搅拌混料机50L1混料搅拌式球磨机50L1球磨卧式球磨机50L1球磨砂磨机1球磨高温烧结炉5m³1烧结气流粉碎机50L1破碎离心喷雾干燥机50L1干燥20单锥干燥机1干燥21耙式干燥机1干燥22真空处理室3m³6惰性气氛保护23真空包装机500g1包装24筛分机5kg1筛分25冷凝管/2冷凝回收26双行星真空搅拌机\34F制浆27间歇性实验涂布机\34F涂布28真空烘箱\54F烘烤29液压平衡电动对辊机\24F辊压成型30自动叠片机\24F叠片31超声波电焊机\24F焊接32电池测试仪\4F电池测试33电池恒温箱\4F电池测试34电池高低温箱\54F电池测试35多工位手套箱\54F惰性气氛保护36等静压机\14F材料致密化37铝塑膜封装机\24F封装38电化学工作站\34F电池测试注：设备热源均为电能。序号材料名称规格年用量最大储存量备注1一水硫酸锂kg330200硫化锂原料2碳粉kg7050硫化锂原料3石墨粉kg7050硫化锂原料4葡萄糖kg220200硫化锂原料5蔗糖kg220200硫化锂原料6无水乙醇L270270（在线量）湿法球磨介质7无水异丙醇L270270（在线量）湿法球磨介质8无水甲醇L270270（在线量）湿法球磨介质9五硫化二磷kg300200固态电解质原料氯化锂kg50固态电解质原料硫化锂kg310200固态电解质原料八甲基环四硅氧烷L100（在线量）湿法球磨介质丙酸乙酯L100（在线量）湿法球磨介质、正负极涂布异丙醇L100（在线量）湿法球磨介质乙酸乙酯L湿法球磨介质、正负极涂布氢氧化钠kg200清洗剂环己烷L3030球磨机换料清洗庚烷L3030球磨机换料清洗铝箔kg50正极涂布不锈钢箔kg50负极涂布20石墨kg200负极配料21锂箔kg1负极极片22硅碳kg200负极配料23导电碳kg40正负极配料24高镍三元NCM811kg200正极配料25钴酸锂kg200正极配料26氢氧化锂kg50硫化锂合成工艺探索27氩气瓶400惰性气体保护28氮气瓶60020惰性气体保护注：有机溶剂的年用量为启动时第一年用量，以后每年只需补充损耗量，损耗量约为5%。稀碱和有机溶剂，材料具有耐高温导电性能，可做耐火材料，导电材料，耐磨润滑材料。）， 可溶于乙醇，溶于酸，不溶于碱。可作为可充电锂离子电池中的潜在电解质材料。氯化锂：氯化锂是一种无机物，分子式为LiCl，分子量为42.39。是为白色的晶体，具有潮解性。味咸，易溶于水，乙醇、丙酮、吡啶等有机溶剂。属于低毒类，但对眼睛和粘膜具有强烈的刺激和腐蚀作用。钴酸锂：钴酸锂为锂离子二次电池正极材料，分子式为LiCoO2，分子量活性物质，可为电池提高锂源。高镍三元NCM811：主要成分为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，不同比例Ni-Co-Mn 高稳定性，Mn表现高安全性，低成本。本用水由市政给水管道直接供给，依据用水状况，用水环节主要有配制碱液用水、仪器与器皿清洗用水、员工生活用水。其中配液、仪器根据单位提供的资料，配制碱液纯水用量为1m3/a，仪器与器皿多次清洗用水量为115m3/a。纯水按用自来水水量的70%制备成，则自来水用水量约为165.7m3/a，纯水制备浓水排放量约为49.7m3/a。宿舍，员工生活用水量参照湖南省地方标准《用水定额城镇居民生活用水定额指标，用水量按45L/人.d计算。总用废水产生按其使用量80%计算，生活废水的排放量约为331.2m³/a，排入园区本排水方式采用雨污分流制，雨水经雨水管网收集后排入市政雨水管网，纯水制备浓水直接排入污水管网。外排废水主要为仪器与器皿二次及化粪池处理，仪器与器皿二次及多次清洗废水经一体化设备处理后排入市政污图2-1水平衡图（单位：m3/a）水乙醇、无水异丙醇、无水甲醇）加入到自动称料给料系统；本工序加料在手套箱中进行，只有原料包装袋拆封倒料过程采用人工操作，其它均采用全自动非甲烷总烃及废包装材料。湿法混料：将加料系统中称好的混料经密闭管道输送到球磨机中混合4h后得到浆料；本工序产生噪声。过滤、干燥：将球磨后得到的浆料经密闭管道输送到三合一干燥机经过过冷凝性气体冷却凝结为液体的一种玻璃仪器，由一里一外两条玻璃管组成，较小的玻璃管贯穿较大的玻璃管，较热气体或液体流经内管而冷凝。外管常在两旁有一上一下的开口，接驳运载冷却物质（如水）的塑胶管。本工序产生颗粒物及非甲烷总烃。300℃左右会发生碳化，生成单质C和水，同时产生），破碎：将硫化锂加入到干法球磨机中经过破碎、球磨后得到所需要粒径的硫化锂产品。干法球磨机放置于手套箱内，为密闭系统，本工序无破碎粉尘产生。球磨：将硫化锂、五硫化二磷、氯化锂按照一定的比例混入球磨介质（无废包装材料。干燥：将球磨后得到的浆料通过人工投料的方式置于喷雾干燥机（氮气气物固态电解质前驱体；干燥过程中蒸发的溶剂经冷凝管收集到储液罐，回收重体的一种玻璃仪器，由一里一外两条玻璃管组成，较小的玻璃管贯穿较大的玻璃管，较热气体或液体流经内管而冷凝。外管常在两旁有一上一下的开口，接驳运载冷却物质（如水）的塑胶管。本工序会产烧结：将硫化物固态电解质前驱体置于高温烧结炉中，通入氮气在800℃下烧结16h，得到硫化物固态电解质。本工序产生微量烧结废气，主要为颗粒物、非甲烷总烃。 经过气流破碎，得到所需粒度的硫化物固态电解质。此工序用到的气流粉碎机单独置于双工位手套箱内，手套箱内不进行其它实验，气流粉碎机全程密闭运本工序产生擦拭废布和噪声。性材料（石墨材料、硅碳负极材料）、导电碳（科琴黑、碳纳米管）、电解质和粘结剂按比例进行配料后，得到正极复合材料、电解质复合材料和负极复合材料；将正极复合材料、电解质复合材料和负极复合材料分别与溶剂（乙酸乙 负极浆料和电解质浆料。本工序主要产生噪声、投料粉尘、有机废气、废包装材料、清洁抹布。涂布：制备好的浆料通过搅拌机出料口放料，存放在密闭储料罐中，人员通过不锈钢杯取料并加入涂布机料槽中，涂布机涂浆轮通过刀口间隙使浆料均匀的分布在涂浆轮上，然后通过辊涂将浆料涂覆在传动轮的基料上，再将总烃。极片制备：将涂布后的极片通过真空干燥等方式进行干燥后，将极片裁成特定的尺寸；此工序产生烘干废气、废极片。辊压：利用液压平衡电动对辊机将叠好的极片进行辊压成型；以降低极片厚度，提高电池体积利用率。焊接：采用超声焊接的方式分别对正负极焊接极耳；超声焊机不使用任何助剂，直接使金属相连，是新型焊接技术，其焊接过程是没有相变的从固态到固态的焊接过程，因此不产生焊接废气。封装：将焊接极耳后的电池利用铝塑膜封装机封装在铝塑膜中进行后续测试。测试：利用电化学工作站对研发的电池进行综合性能测试，实验人员记录阻抗法、交流伏安法、电流滴定、电位滴定等测量，仪器还于电池循环次数和电密度进行测试。主要产污环节及产污情况类别生产工序/产污环节主要污染物名称废气1F、4F配料工序中投料非甲烷总烃、颗粒物1F干燥工序非甲烷总烃、颗粒物1F烧结工序非甲烷总烃、颗粒物4F涂布工序非甲烷总烃4F极片烘干非甲烷总烃废水仪器及器皿二次及多次