化学电源工艺（09）.ppt

1、锂离子电池制造工艺,第三部分 化学电源工艺(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 化学电源工艺(II),正/负极配方,第三部分 化学电源工艺(II),正/负极配方实例(063048S型锂离子电池 ),注意事项： a) 正极粘度控制：6000cps(温度：25；转子3)b) NMP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。,第三部分 化学电源工艺(II),正/负极配方实例(063048S型锂离子电池 ),注意事项： 1) 负极粘度控制：50006000cps(温度：25)2) H

2、2O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。,I. 制造工艺流程图,活性物质 导电剂/粘结剂/增塑剂,集流体 铝箔/铜箔,(1)拉浆/涂布车间,1) 物料烘烤：LiCoO2、Super-P120度烘烤4h； 2) 物料球磨：将LiCoO2、Super-P倒入料桶，同时加入磨球(干料:磨球质量比1:1)，在滚瓶球磨机(转数60rpm)球磨4h。 3)应特别注意：,正极/负极浆料的“粘度控制”,I. 制造工艺流程图,(1)混料：NMP倒入100L动力混合机料桶中，加热至80，称取PVDF加到其中，开启混合机；参数设置：转速为252转/分，搅拌2h； (2) 接通冷却系

3、统，将已磨好的正极干料平均分四次加入，每次间隔28至32分钟，第三次加料视材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP；参数设置：转速为202转/分。 (3)高速搅拌：第四次加料302分钟后进行高速搅拌，时间为8h10分钟；参数设置：公转为302转/分，自转为252转/分；,(1)拉浆/涂布车间,正极浆料制浆操作工序,实例1,I. 制造工艺流程图,续：正极浆料制浆工艺“操作工序” (4) 真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度 为-0.09MPa至-0.10MPa，搅拌302分钟； 动力混合机参数设置：公转为102转/分， 自转为82转/分。 (5)测量粘度：取250300ml浆料，使用粘度

4、计测 量粘度；测试条件：转子号5，转速1530rpm, 温度范围25； (6) 过筛：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 操作员交接后可流入拉浆作业工序。,(1)拉浆/涂布车间,I. 制造工艺方框图,裁大片 裁小片 称片(配片),无氧/无水 /真空 或惰气条件,注意：1)极片的质量(g)和面密度(g/cm2或mg/cm2)； 2)极片的长度/宽度/厚度(mm)。,3)极片不可有毛刺、裂纹； 4)极片均一、方正； 5)烘烤温度、真空度的控制。,(1)拉浆/涂布车间,I. 制造工艺流程图,(2)制片车间,破碎去除活 性物质混合物,正极铝极耳 负极镍极

5、耳,注意事项： 1) 极耳的选择：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。 2)焊点牢固：不可有虚焊、错焊； 3)极耳和电极垂直或者平齐：不可歪斜、错位。,I. 制造工艺流程图,(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： 1)注意选择转针(不同类型电池使用的转针宽度不同)； 2)极片对齐、平整，不能破坏极片结构、造成裂纹甚至断裂； 3)透明胶粘平整、牢固； 4)平压机冷轧2次：成型、极片隔膜贴紧(减少空气滞留量)；,锂离子电池卷绕机,返回,全自动卷绕机,返回,I. 制造工艺流程图,(3)卷绕/装配

6、车间,注意事项： 粘23种胶纸：粘电芯的两则、抱住负极极耳(镍带)；胶带分布均匀、镍带与电芯距离合乎工艺要求； 2)不可划伤电芯：双手用力推入，严禁划伤电芯。,I. 制造工艺流程图,注意事项： 1)负极镍条与钢壳用点焊机进行焊接，要保证焊接强度，禁止虚焊。 2)激光焊接时应仔细上夹具，电池壳与上盖配合良好后才能进行焊接，注意避免出现焊偏。,(3)卷绕/装配车间,I. 制造工艺流程图,(3)卷绕/装配车间,注意事项： 粘23种胶纸; 2) 烘烤温度 时间(小时) 真空度 805 1622 -0.05MPa (a)真空系统的真空度为-0.095-0.10MPa；(b)保护气为高纯氮气/惰气，气体压

7、力0.5MPa；(c)每小时抽一次真空注一次氮气/惰气； 3) (1)注液房相对湿度(一般湿度30%，温度：205)； (2)严格控制注液量、粘封口胶布：红色胶布，粘胶纸时注意擦净注液口处的电解液； (3)用2道橡皮筋将棉花固定在注液口处；,I. 制造工艺流程图,开口 化成工艺,15 恒流充电,封口 化成工艺,对应有,16 电压全检,(4)化成车间,I. 制造工艺流程图,(4)化成车间,清洗剂为醋酸+酒精,按程序进行续化成：1)恒流充电(0.5C，4.20V，10min)2)静置/休眠(2-10min)3)恒流充电(0.5CmA，4.20V，100min)4)恒压充电(4.20V，20mA，1

8、50min)5)静置/休眠(30min)6)恒流放电(1C，2.75V，80min)7)静置/休眠(30min)8)恒流充电(1C，3.80V，90min)9)恒压充电(3.80V，20mA，150min),I. 制造工艺流程图,(5)包装车间,26 安全 试验,I. 制造工艺流程图,(3)卷绕/装配车间,锂离子电芯、保护电路板、塑料壳和标签组成。,I. 制造工艺流程图,配方实例2,S/L(固体/液体)=1:0.7Slurryviscosity(浆料粘度)=773.3cps Slurryparticlesize(浆料粒度)=1013m,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的

9、原因：1).附料量偏少； 2).极片两面附料量相差较大； 3).极片裂纹、断裂；4).电解液不足； 5).电解液电导率低； 6).正极与负极配片搭配不好；7).隔膜孔隙率低； 8).胶粘剂老化附料脱落(掉粉)； 9). 卷芯过厚(未烘干或电解液未渗透);10).化成不充分(化成未透); 11). 分容时未充满电； 12).正负极材料比容量小。,1.低容量,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的原因：1).负极片与极耳虚焊； 2).正极片与极耳虚焊； 3).正极耳与盖帽虚焊；4).负极耳与壳虚焊; 5).铆钉与压板接触内阻大； 6).正极未加导电剂或添加量偏少；7).电解液锂

10、盐浓度偏低； 8).电池曾经发生短路； 9).隔膜纸孔隙率小； 10) 电极片隔膜电池壳接触不够紧密。,2.高内阻,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的原因：1).副反应(电解液分解/正极杂质/有水)；2).未化成好(SEI膜未形成安全)； 3).线路板漏电；4).点焊点虚焊; 5).毛刺； 6).微短路；7).负极产生枝晶。,3.低电压,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的原因：1).焊缝漏气； 2).电解液分解； 3).电极干燥不充分；4).卷芯太厚(附料多/极片厚；隔膜厚); 5).盖帽密封性差； 6).电池壳壁太厚。,4.超厚度,I. 制造工

11、艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的原因： 1).料尘； 2).装壳时装破； 3).小隔膜纸太小或未垫好;4).卷绕不齐； 5).绝缘胶纸/带没粘好、脱离； 6).隔膜破损; 7).较严重的毛刺； 8). 压破密封圈。,5.短路,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能的原因：1). 极耳与铆钉未焊好，或者有效焊点面积小；2). 连接片断裂(连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下); 3).虚焊、极耳断裂。,6.断路,I. 制造工艺流程图,影响电池性能的主要工艺因素：,可能原因： 1).内部短路； 2).隔膜闭合效应差; 3).分容柜有故障(造成过充)。,7.爆炸,可能原

12、因： 1).锂离子电池电解液有水份； 2).真空度较低; 3).内部气体生成、电解液分解(过充电造成)。,8.鼓胀,返回,半自动锂电池钢珠封口机,I. 制造工艺流程图,(6)包装车间,1. 熟悉化学电源基本构造、电池的种类：正负电极、隔膜、电解液电池壳；一次电池、二次电池(蓄电池)、绿色电池、构成化学电源的基本条件等。,化学电源工艺学习要求：,化学电源工艺学习要求,2. 熟练掌握化学电源有关基本概念：开路电压、标称电压、工作电压、内阻、放电平台、理论容量、标称容量、放电效率、质量/体积比容量、必能量、比功率、二次电池寿命、自放电、记忆效应等。,3.了解镍基碱性电池、锂离子电池的主要原材料及其特

13、点：正极材料-氢氧化镍、钴酸锂、磷酸铁锂；负极材料-吸氢合金、金属锂、碳化锂、碳微球/石墨；导电剂-石墨、乙炔黑、Surper P、KS-6；电解液(电解质LIPF6、LiClO4，非质子溶剂EC(碳酸乙烯酯)、PC (碳酸丙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、NMR(N-甲基吡咯烷酮)；添加剂等等。,化学电源工艺学习要求,4. 熟悉化学电源工艺有关基本概念：附料量、气胀、虚焊、低容量、低电压、高内阻、微短路、化成、分容/分级、充放电机制、充电限制电压、放电截止电压、恒流/ 恒压充放电、爬碱、漏夜、内部短路、过充电、强制充/放电、爆炸、穿刺试验等 。,化学电源工艺学习要求,补充

14、讲解：基本概念等,1) 一次电池(primary battery)：只能进行一次放电的电池，不能进行充电而再利用。 2) 二次电池(secondary battery)：可反复进行充电、放电而多次使用的电池，也叫做蓄电池或充电电池。 充电电池(rechargeable battery) 蓄电池(secondary/rechargeable battery) 3) 正极(positive electrode)：放电时，电子从外部电路流入电位较高的电极。此时除称之为正极外，由于发生还原反应，也可以成为阴极：而在充电时，则不能成为阴极，因为此时发生的是氧化反应，而成为阳极。,补充讲解：基本概念等,4

15、)负极(negative electrode)：放电时，电子从外部电路流出电位较低的电极。此时除称为负极外，由于发生氧化反应，而可以称为阳极；而在充电时，则不能称为阳极，因为此时发生的是还原反应，而应成为阴极。 5)嵌入(intercalate/insert)：锂离子从电解液与固体颗粒的界面扩散到正极材料颗粒内部的过程。 插入(intrcalate/insert/store) 6)脱嵌(deintercalate/remove)：锂离子从正极材料颗粒中扩散颗粒表面尚未进入电解液的过程。 脱插(deintercalate/remove),补充讲解：基本概念等,7) 标称电压(nominal vo

16、ltage)：电池0.2C放电时全过程的平均电压。 8) 标称容量(nominal capacity)：电池0.2C放电时的放电容量。 9) 开路电压(open circuit voltage)：电池没有负荷时正负极两端的电压。,补充讲解：基本概念等,10) 闭路电压(closed circuit voltage )：电池有负荷时正负极两端的电压，也叫工作电压。工作电压(working voltage) 11) 放电(discharge)：电流从电池流经外部电路的过程，此时化学能转换为电能。 12) 放电特性(discharge characteristic)：电池放电时所表现出来的特性。例如

17、放电曲线，放电容量，放电率，放电深度，放电时间等。,补充讲解：基本概念等,13) 放电曲线(discharge curve)：电池放电时其电压随时间的变化曲线。 14) 放电容量(discharge capacity)：电池放电时释放出来的电荷量，一般用时间与电流的乘积表示，例如Ah, mAh (1Ah=3600C)。 15) 放电速率(discharge rate )：表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电;5小时放电完毕，则成为C/5放电。 16) 放电深度(depth of discharge)：表示放电程度的一种量度，为放电容量与总放电容量的百分比，略成DOD。

18、,补充讲解：基本概念等,17) 持续放电时间(duration time)：电池在一定的外部负荷下在规定的终止电压前所放电时间之和。 18) 终止电压(end voltage)：电池放电或充电时，所规定的最低放电电压或最高的充电电压。 19) 残存容量(residual capacity)：电池残留的可再继续释放出来的容量。 20) 过放电(over discharge)：超过规定的终止电压在低于终止电压时继续放电。此时容易发生漏液或电池的使用寿命受到影响。,补充讲解：基本概念等,21) 自放电(self discharge)：电池在搁置过程中，没有与外部负荷相连接而产生容量损失的过程。 22

19、) 利用率(utilization)：实际放电容量与理论容量的百分比。 23) 内阻(internal resistance)：电池正负极两端之间的电阻，是集流体、电极活性物质、隔膜、电解液的电阻之和；其值越小性能越佳。 24) 充电(charge)：利用外部电源使电池的电压和容量上升的过程；此时电能转化为化学能。,补充讲解：基本概念等,25) 充电特性(charge characteristic)：电池充电时所表现出来的特性，例如充电曲线、充电容量、充电率、充电深度、充电时间等。 26) 储存寿命(shelf/storage life)：电池在没有负荷的一定件下进行放置以达到性能劣化到规定的

20、程度时所能放置的时间。 27) 循环寿命(cycle life)：在一定条件下，将充电电池进行反复充放电，当容量等电池性能达到规定的要求以下时所能发生的充放电次数。 28) 液漏(liquid leakage)：电解液从电池流出的现象。,补充讲解：基本概念等,29) 内部短路(internal shortage)：电池内部正极和负极形成电通路时的状态；主要是由于隔膜的破坏、混入导电性杂质、形成枝晶等造成。 30) 恒压充电(constant voltage charge)：在恒定的电压下，将充电电池进行充电的过程。一般而言，该恒定的电压为充电终止电压。一般设置终止电流，当电流小于该值时，充电过程结束。 31) 恒流充电(constant current charge )：在恒定