聚合物锂离子电池工艺培训 (1)优质PPT.ppt

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耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性；

对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿力；

足够力学性能-穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能薄；

空间稳定性和平整性好；

热稳定性好、自动关断性能好；

动力电池对隔膜要求更高，通常采用复合膜。

二、聚合物锂离子电池的组成,2.4隔膜,隔膜主要有PP膜、PE膜、PP/PE/PP三层复合膜、涂胶隔膜、陶瓷隔膜、无机隔膜、PI隔膜等。

常见的为聚烯烃隔膜。

隔膜需要如下特点：

目录,锂离子电池的基本原理聚合物锂离子电池的组成制造工艺介绍,Confidential,Confidential,配料Mixing,涂布Coating,辊压Rolling,分切Cuting,制片TabWelding,烘烤Baking,Hipot测试Hipottest,角位封Cornersealing,顶侧封Top/sidesealing,卷绕Winding,注液Injection,抽真空Prevacuuming,一封PreSealing,陈化Storage,预充PreCharge,OCV2,老化Aging,OCV1,分容Capacitysorting,二封Finalsealing,自动化设备现三合一,自动化设备实现三合一,高温夹具化成,自动OCV设备,自动OCV设备,三、制造工艺,Confidential,10/2/2022,Confidential,13,目的：

通过搅拌等外力将活性物质、导电剂、粘合剂溶剂混合，形成均一、稳定、易于涂布的浆料。

原材料活性物质：

正极主要为钴酸锂和三元镍钴锰（NCM）；

负极主要为石墨。

导电剂：

炭黑sp、碳纳米管CNT等粘合剂：

油系为PVDF，水系为CMC+SBR等；

溶剂：

油系为NMP，水系为去离子水。

三、制造工艺,3.1匀浆,Confidential,10/2/2022,Confidential,14,过程：

将活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂、添加剂等组分按照一定的比例和顺序加入到搅拌设备中，在设备产生的翻动、揉捏、剪切等机械作用下混合在一起，形成均匀稳定并适合涂布的固液悬浮体系。

三、制造工艺,3.1匀浆,匀浆过程一般包含润湿、分散、稳定化等过程,Confidential,10/2/2022,Confidential,15,浸润：

溶剂进入活性物质等固体表面，替换出固体表面吸附的气体等。

三、制造工艺,3.1匀浆,润湿好，能够降低分散难度，提高搅拌效率。

润湿好，能够提高浆料质量，减少涂布坏品。

负极浆料搅拌难的本质原因是石墨和水很难润湿。

石墨+水石墨+NMP,Confidential,10/2/2022,Confidential,16,分散：

通过强烈的机械外力将团聚的颗粒打散至初始粒径。

三、制造工艺,3.1匀浆,稳定：

通过在正负极活性物质等表面引入分散剂、粘合剂等材料引起静电斥力和位阻效应，阻止分散后的颗粒再次团聚。

Confidential,10/2/2022,Confidential,17,设备：

搅拌设备一般为双行星搅拌设备、高速分散、球磨等。

三、制造工艺,3.1匀浆,双行星,高速分散,产品控制：

浆料粘度、固含量、细度、分散均匀性等；

设备：

公转和分散转速、时间、循环水进水温度和流量。

Confidential,10/2/2022,Confidential,18,目的：

将匀浆后的浆料按照一定的尺寸均匀的涂覆在集流体上，烘干制成极片。

原材料集流体：

正极为铝箔/铝网，负极一般为铜箔/铜网；

浆料：

正极或负极经过过滤、除铁后的浆料。

三、制造工艺,3.2涂布,Confidential,10/2/2022,Confidential,19,过程：

按照涂布设备区分主要为转移式辊涂和挤压式喷涂。

按照涂布方式区分主要分为间歇式涂布和连涂。

三、制造工艺,3.2涂布,辊涂,喷涂,Confidential,10/2/2022,Confidential,20,过程：

涂布的过程主要包括浆料的前处理、涂布、烘干等过程。

浆料的前处理除气泡：

主要通过抽真空的方式降低浆料表面气体的气压，使浆料内的气体溢出。

过滤：

将浆料通过一定目数的过滤网或滤芯，去除浆料中的大颗粒，防止涂布时产生颗粒或划痕。

除铁：

除去浆料中的铁等磁性物质。

三、制造工艺,3.2涂布,面密度的控制辊涂：

刀口（gap）、转速比；

喷涂：

流量泵流量、gap。

三、制造工艺,3.2涂布,尺寸的控制辊涂：

通过胶辊（背辊backroll，喷涂设备背辊不包胶）的移动控制尺寸喷涂：

通过三通阀门转换开启控制尺寸。

Confidential,10/2/2022,Confidential,22,烘干,三、制造工艺,3.2涂布,定型阶段湿物料由流动状态变为不可流动状态的湿物料。

此阶段吹向物料表面的风速不能太高，以不改变其表面性能为准。

恒速干燥阶段此阶段中溶剂挥发速率保持恒定。

输入的热量主要用来蒸发溶剂，溶剂可以自由移动到表面边界层，并离开液体表面；

提高送风温度、送风量等都可提高干燥效率。

降速干燥阶段恒速干燥阶段进行到一定程度，由于溶剂移动到表面边界层的阻力增加，干燥效率开始下降，即进入降速干燥阶段。

在此阶段，涂层内部的质量传递，是决定干燥效率的主要因素。

Confidential,10/2/2022,Confidential,23,烘干,三、制造工艺,3.2涂布,对于极片这种多孔性物料，湿分主要是毛细管作用由内部向表面迁移，故随着溶剂的挥发将有其它物质随着溶剂向表面移动，造成极片烘烤时的不均匀性。

烘箱一般为上下加热的方式。

Confidential,10/2/2022,Confidential,24,产品控制：

涂布尺寸、面密度（厚度）、外观、对齐度、极片粘附力等设备：

刀口、涂布速度、各区张力、干燥温度、风速；

三、制造工艺,Confidential,10/2/2022,Confidential,25,目的：

通过对极片施加压力，使活性物质之间接触紧密，降低极片的厚度，减小离子和电子的迁移距离，并提高电池的体积容量密度。

原材料涂布后的极片。

过程在碾压时极片由轧辊与电池极片间产生的摩擦力拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形的过程。

三、制造工艺,3.3碾压,Confidential,10/2/2022,Confidential,26,原理,三、制造工艺,3.3碾压,碾压过程一般包含坍塌期、剧烈压缩期、受控反弹期和自由反弹期。

同样的碾压模式、轧辊材质相同的情况下，右视图中越小，约接近平压，极片延展越小，即极片的辊径越大，延展越小。

轧辊半径与咬入角的关系,Confidential,10/2/2022,Confidential,27,产品控制：

极片厚度、外观。

设备控制要点：

压力、辊缝张力、走带速度。

三、制造工艺,Confidential,10/2/2022,Confidential,28,目的：

将碾压后的的极片分切成预定宽度。

原材料碾压后的极片。

过程如右图所示，将极片由碾压后的大片分切为小片。

三、制造工艺,3.4分切,Confidential,10/2/2022,Confidential,29,原理,三、制造工艺,3.4分切,剪切力主要取决于咬入角、圆盘半径、剪刃重叠度、侧向间隙、极片厚度等。

对于分切机而言，可调的参数包含如下：

同一组刀使用相近的刀径的刀片、刀片打磨后对刀片的直径进行修正、组装刀时上下圆盘刀片间的刀刃重叠度和侧向间隙、分切刀前后的过辊高度（使极片垂直于刀片）。

Confidential,10/2/2022,Confidential,30,产品控制：

极片宽度、毛刺、边缘掉料、波浪边等；

设备控制：

分切张力、分切速度、分切刀片间宽度、分切时上下刀片啮合度等。

三、制造工艺,3.4分切,Confidential,10/2/2022,Confidential,31,目的：

焊接极耳，贴保护胶纸。

原材料分切后极片。

过程,三、制造工艺,3.5制片,Confidential,10/2/2022,Confidential,32,原理-超声焊接,三、制造工艺,3.5制片,1、超声波发生器；

2-换能器；

3-传振杆；

4-聚能器；

5-耦合杆；

6-上声极；

7-工件；

8-下声极；

9-电磁加压装置；

10-控制加压电源；

11-程控器；

12-电源,能量E=功率P时间T功率Power=压力Force振幅Amp压力F=气缸表面积空气压力机械影响焊接的主要因素为时间、振幅、压力,焊接时温度应当是金属熔点的1/3，对不同厚度的材料，要适当考虑此因素对设定功率的影响。

对铜箔、铝箔等材料，因为散热要快，所以对前者最好采取减小压力，增大振幅（最好使用分步STEP振幅法）来减小焊接时间，达到防止较长时间焊接，大量熔化金属，焊接效果不佳。

Confidential,10/2/2022,Confidential,33,原理-贴胶纸,三、制造工艺,3.5制片,一般正极贴6道胶纸，即正极耳处正反各一，涂布涂布起始和收尾位置各一道；

一般负极片极耳位置一道，卷绕后电芯中心位置两道。

如上图示。

阻止焊接毛刺,阻止焊接毛刺,1、防止铝箔与负极敷料处接触；

2、防止头尾涂布偏厚引起析锂,Confidential,1、极片裁切边缘及正极涂布起始位置胶纸完全保护；

2、极耳焊接送料采用伺服电机替代传统的气缸送料，提升极耳焊接定位；

3、极耳焊接位置增加感应器，可准确判断极耳焊接失效。

极耳送料机构,极耳焊接机构,异常判断感应器,制片工序,三、制造工艺,3.5制片,Confidential,10/2/2022,Confidential,35,目的：

将正、负极和隔膜按照工艺标准卷绕成电芯。

原材料制片后极片、隔膜、绿色终止胶。

过程,三、制造工艺,3.6卷绕,Confidential,10/2/2022,Confidential,36,原理,三、制造工艺,3.6卷绕,卷绕