锂离子电池原理及生产工艺流程Word格式文档下载.docx

锂离子电池原理及生产工艺流程Word格式文档下载.docx

《锂离子电池原理及生产工艺流程Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂离子电池原理及生产工艺流程Word格式文档下载.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1.正负极配方

1.1正极配方（LiCoO2（钴酸锂）+导电剂（乙炔黑）+粘合剂（PVDF）+集流体（铝箔）正极）

LiCoO2（10μm）:

93.5%

其它：

6.5%

如Super-P:

4.0%

PVDF761:

2.5%

NMP（增加粘结性）:

固体物质的重量比约为810:

1496

a）正极黏度控制6000cps（温度25转子3）；

b）NMP重量须适当调节，达到黏度要求为宜；

c）特别注意温度湿度对黏度的影响

●钴酸锂：

正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。

钴酸锂：

非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，PH值为10-11左右。

锰酸锂：

非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为5-7μm，含水量≤0.2%，通常为弱碱性，PH值为8左右。

●导电剂：

提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。

提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。

非极性物质，葡萄链状物，含水量3-6%，吸油值~300，粒径一般为2-5μm；

主要有普通碳黑、超导碳黑、石墨乳等，在大批量应用时一般选择超导碳黑和石墨乳复配；

通常为中性。

●PVDF粘合剂：

将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。

非极性物质，链状物，分子量从300，000到3，000，000不等；

吸水后分子量下降，粘性变差。

●NMP：

弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。

●正极引线：

由铝箔或铝带制成。

1.2负极配方（石墨+导电剂（乙炔黑）+增稠剂（CMC）+粘结剂（SBR）+集流体（铜箔）负极）

负极材料：

94.5%

Super-P:

1.0%

SBR:

2.25%

CMC:

水：

固体物质的重量比为1600:

1417.5

a）负极黏度控制5000-6000cps（温度25转子3）

b）水重量需要适当调节，达到黏度要求为宜；

c）特别注意温度湿度对黏度的影响

2.正负极混料

★石墨：

负极活性物质，构成负极反应的主要物质；

主要分为天然石墨和人造

石墨两大类。

非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散；

不易吸水，也不易在水中分散。

被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。

一般粒径D50为20μm左右。

颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。

★导电剂：

提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。

提高反应深度及利用率。

防止枝晶的产生。

利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。

（可根据石墨粒度分布选择加或不加）。

★添加剂：

降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。

增稠剂/防沉淀剂（CMC）：

高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。

异丙醇：

弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；

具有强烈的消泡作用；

易催化粘合剂网状交链，提高粘结强度。

乙醇：

易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度

（异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种）。

★水性粘合剂（SBR）：

将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。

小分子线性链状乳液，极易溶于水和极性溶剂。

★负极引线：

由铜箔或镍带制成。

去离子水（或蒸馏水）：

稀释剂，酌量添加，改变浆料的流动性。

2.1正极混料

●原料的掺和：

（1）粘合剂的溶解（按标准浓度）及热处理。

（2）钴酸锂和导电剂球磨：

使粉料初步混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。

配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为2小时左右；

为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。

●干粉的分散、浸湿：

（1）原理：

固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面；

如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体；

如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。

当润湿角≤90度，固体浸湿。

当润湿角＞90度，固体不浸湿。

正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容易。

（2）分散方法对分散的影响：

A、静置法（时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构）；

B、搅拌法；

自转或自转加公转（时间短，效果佳，但有可能损伤个别

材料的自身结构）。

1、搅拌桨对分散速度的影响。

搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。

一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段；

球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。

2、搅拌速度对分散速度的影响。

一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。

3、浓度对分散速度的影响。

通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。

4、浓度对粘结强度的影响。

浓度越大，柔制强度越大，粘接强度

越大；

浓度越低，粘接强度越小。

5、真空度对分散速度的影响。

高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度；

材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。

6、温度对分散速度的影响。

适宜的温度下，浆料流动性好、易分散。

太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。

●稀释。

将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

（1）钴酸锂：

脱水。

一般用120oC常压烘烤2小时左右。

（2）导电剂：

一般用200oC常压烘烤2小时左右。

（3）粘合剂：

一般用120-140oC常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。

（4）NMP：

使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

a）将LiCoO2Super-P倒入料桶，同时加入磨球（干料：

磨球=1:

1），在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；

b）4小时结束，过筛分离出球磨；

a）将NMP倒入动力混合机（100L）至80℃,称取PVDF加入其中，开机；

参数设置：

转速25±

2转/分，搅拌115-125分钟；

b）接通冷却系统，将已经磨号的正极干料平均分四次加入，每次间隔28-32分钟，第三次加料视材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP；

动力混合机参数设置：

转速为20±

2转/分

c）第四次加料30±

2分钟后进行高速搅拌，时间为480±

10分钟；

公转为30±

2转/分，自转为25±

2转/分；

d）真空混合：

将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±

2分钟；

公转为10±

2分钟，自转为8±

e）取250-300毫升浆料，使用黏度计测量黏度；

测试条件：

转子号5，转速12或30rpm，温度范围25℃；

f）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。

a）完成，清理机器设备及工作环境；

b）操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。

2.2负极混料

（1）石墨：

A、混合，使原料均匀化，提高一致性。

B、300~400℃常压烘烤，除去表面油性物质，提高与水性粘合剂的相容能力，修圆石墨表面棱角（有些材料为保持表面特性，不允许烘烤，否则效能降低）。

（2）水性粘合剂：

适当稀释，提高分散能力。

★掺和、浸湿和分散：

（1）石墨与粘合剂溶液极性不同，不易分散。

（2）可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘合剂溶液混合。

（3）应适当降低搅拌浓度，提高分散性。

（4）分散过程为减少极性物与非极性物距离，提高势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降。

如条件允许应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。

（5）搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。

（6）分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容

★稀释：

a）将负极和Super-P倒入料桶同时加入球磨（干料：

1.2）在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；

a）纯净水加热至至80℃倒入动力混合机（2L）

b）加CMC，搅拌60±

公转为25±

2分钟，自转为15±

c）加入SBR和去离子水，搅拌60±

2分钟，自转为20±

d）负极干料分四次平均顺序加入，加料的同时加入纯净水，每次间隔28-32分钟；

公转为20±

2转/分，自转为15±

e）第四次加料30±

f）真空混合：

将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09到0.10Mpa，搅拌30±

g）取500毫升浆料，使用黏度计测量黏度；

转子号5，转速30rpm，温度范围25℃；

h）将负极料从动力混合机中取出进行磨料、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。

★配料注意事项：

1、防止混入其它杂质；

2、防止浆料飞溅；

3、浆料的浓度（固含量）应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦；

4、在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；

5、浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低；

6、需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入，以免组分材料性质变化；

7、搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主；

搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备；

8、出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带；

9、对配料人员要加强培训，确保其掌握专业知识，以免酿成大祸；

10、配料的关键在于分散均匀，掌握该中心，其它方式可自行调整。

3.电池的制作

3.1极片尺寸

3.2拉浆工艺

a）集流体尺寸