石墨锂离子电池生产工艺Word格式文档下载.docx

1、将钻酸锂、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）+占结剂（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=1.129a） 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

2、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20卩m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（CM）高分

3、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：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；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。增稠剂/防沉淀剂（CMC：高分子化合物，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）

4、 ：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

5、气体挤出。当润湿角W 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

6、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2.1.1原料的预处理（1）钴酸锂：脱水。一般用120 oC 常压烘烤 2 小时左右

7、。（2）导电剂：200 oC 常压烘烤 2 小时左右。（3）粘合剂：120-140 oC 常压烘烤 2 小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。（4） NMP脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接 使用。 2.1.2 物料球磨a） 将LiCoQ Super-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；2.1.3 操作步骤a） 将NMP倒入动力混合机（100L）至80C ,称取PVDF加入其中，开 机；参数设置：转速 252转/分，搅拌 115-125 分钟；b） 接通冷却系统，将已经磨号的正极干

8、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 202 转/ 分c） 第四次加料 302 分钟后进行高速搅拌，时间为 48010 分钟； 公转为 302 转/ 分，自转为 252 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 102 分钟，自转为 8e）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25C；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

9、可流入拉浆作业工序。2.1.4 注意事项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2.2.1原料的预处理：（1）石墨：A、混合，使原料均匀化，提高一致性。 B、300400C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

10、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：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。2.2.2物料球磨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；b） 4 小时结束，过筛分离出球磨；2.2.3操作步骤a） 纯净水加热至至80C倒入动力混合机（2L）b） 加CMC搅拌60 2分钟；公转为 25

11、2分钟，自转为 152转/分；c） 加入SBR和去离子水，搅拌602分钟； 动力混合机参数设置：公转为 302分钟，自转为 20d） 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 202 转/ 分，自转为 15e）第四次加料 30 2 分钟后进行高速搅拌，时间为 480 10 分钟；f）真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为 -0.09 到O.IOMpa,搅拌 30士 2 分钟； 2 分钟，自转为 8 2 转/ 分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25C；h）将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛

12、，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。2.2.4注意事项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。 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

13、、 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） 集流体尺寸正极（铝箔），间歇涂布负极（铜箔），间歇涂布b） 拉浆重量要求电极第一面双面 重量（g）面密度（mg/cm2重量（g）面密度（ mg/cm2）3.3裁片a） 正极拉浆后进行以下工序：裁大片 裁小片 称片（配片） 烘烤 轧片 极耳焊接b）负极拉浆后进行以下工序:裁大片裁小片称片（配片）烘烤轧片极耳焊接3.4轧片要求电极压片后厚度（mm压片后长度（mm0.125

14、-0.145362-365400-4033.5配片方案序号正极重量（克）负极重量备注15.49-6.012.83-2.86正极可以和重1-2个档次的负极26.02-6.092.87-2.90进行配片36.10-6.172.91-2.9446.18-6.252.95-2.9856.26-6.332.99-3.0166.34-6.413.02-3.053.6极片烘烤温度时间（小时）真空度120 56-10三-0.09Mpa110备注：真空系统的真空度为 -0.095-0.10Mpa保护气为高纯氮气，气体气压大于 0.5Mpa3.7极耳制作正极极耳 上盖组合 超声波焊接铝条边缘与极片边缘平齐负极 镍

15、条直接用点焊机点焊，要求点焊数为 8 个点镍条右侧与负极片右侧对齐，镍条末端与极片边缘平齐3.8隔膜尺寸3.9卷针宽度3.10压芯电池卷绕后，先在电芯底部贴上 24mm勺通明胶带，再用压平机冷压2 次；3.11电芯入壳前要求胶纸 镍条。3.12装壳3.13负极极耳焊接负极镍条与钢壳用点焊机焊接，要保证焊接强度，禁止虚焊3.14激光焊接仔细上号夹具， 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3.15电池真空烘烤时间80 士 5C16-22小时三-0.05Mpaa） 真空系统的真空度为-0.0950.10Mpab） 保护气为高纯氮气，气体气压大于 0.5Mpac） 每小时抽一次真空注

16、一次氮气；3.16注液量：2.9 士 0.1g注液房相对湿度：小于30%温度：20士 5C封口胶布：宽红色胶布。粘胶布时注意擦净注液口的电解液用2道橡皮筋将棉花固定在注液口处3.17化成制度3.17.1开口化成工艺a） 恒流充电：40mA*4h 80mA*6h电压限制：4.00Vb） 全检电压，电压大于3.90V的电池进行封口，电压小于3.90V的电 池接着用60mA亘流至3.90-4.00后封口，再打钢珠；c） 电池清洗，清洗剂为醋酸+酒精3.17.2续化成制度a） 恒流充电（400mA 4.20V, 10min）b） 休眠（2min）c）恒流充电（400mA 4.20V, 100min）d

17、）恒压充电（4.20V, 20mA 150min）e）休眠（30min）f）恒流放电（750mA 2.75V, 80min）g）休眠（30min）h）恒流充电（750mA 3.80V, 90min）i）恒压充电（3.80V, 20mA 150min）当从LiCoO2拿走XLi后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取 决于X的大小。通过研究发现当X0.5时Li1-XCoO2的结构表现为极 其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电 芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制 Li1-XCoO2中的X值，一般充电电压不大于4.2V那么X小于0.5，这时Li1-XCoO2的晶型仍 是稳

18、定的。负极 C6其本身有自己的特点，当第一次化成后，正极 LiCoO2中的Li被充到负极C6中，当放电时Li回到正极LiCoO2中, 但化成之后必须有一部分 Li留在负极C6中，心以保证下次充放电 Li的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分 Li留在负极C6中，一般通过限制放电下限电压来实现： 安全充电上限电压4 .2V，放电下限电压2.5V。4.包装与储存记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是， 锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的。主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离 子的空穴结构会逐渐 塌陷、堵塞；从化学角度来

19、看，是正负极材料 活 性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材 料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中 移动的锂离子数目。过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释 出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬 塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不 希望看到的化合物，所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性 的温控隔膜或电解质添加剂。在电池升温到一定的情况下，复合膜膜 孔闭合或电解质变性

20、，电池内阻增大直到断路，电池不再升温，确保 电池充电温度正常。技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池工作电压（V1.23.6重量比能量（Wh/Kg）5060105-140体积比能量（Wh/I）150200300充放电寿命（次）5001000自放电率（/月）25-3030-356-9有无记忆效应有无有无污染（注：充电速率均为1C） 锂离子电池安全特性是如何实现的？为了确保锂离子电池安全可*的使用，专家们进行了非常严格、周 密的电池安全设计，以达到电池安全考核指标。（1）隔膜135 C自动关断保护采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120C的情况下，复合膜两侧

21、的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电 池内部升温减缓，电池升温达到135C时，PP膜孔闭合，电池内部断 路，电池不再升温，确保电池安全可*。（2）向电液中加入添加剂在电池过充，电池电压高于 4.2v的条件下，电液添加剂与电液 中其他物质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电 池不再升温。（3）电池盖复合结构电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所 产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、 放气。（4）各种环境滥用试验 进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧 等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌 落、冲击等力学

22、性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。目前市场上的 18650锂电池良莠不齐，从市场价格 7,8 元到 30 多元 不等就可见一斑。导致充电电压不尽相同（有的 18650 锂电池发现实际充电电压达到 4.4V 了）的原因有：1.材质不同（常见的正极材料有 LiCoO2 和磷酸铁锂等，所能 容纳锂离子嵌入的能力大小的负极材料，所以标称电压会出现 3.6V 、 3.7V 如果是同种材质的不管电池尺寸形状如何改变，开路电压是一 样的）2.内置保护板设计不同 （如比较好的就有：电池过充功能：P+与P-之间加上充电器，对电池充电，电池电压充 到过充检测电压（4.3 士 0.04V）时，保护电路动

23、作，切断充电通路， 实现过充保护电池过放保护功能：在P+与 P-之间接上负载让电池放电，当电池电 压下降到过放电压（ 2.5士 0.1）时，保护电路动作，关断放电通路， 实现过放保护短路保护功能：当P+与 P-短路时，保护电路会在5-50uS内迅速动作，切断通路，实现短路保护过流保护功能：当 V-端电压达（0.15 士 0.02V）时，保护电路会在5-26ms 内迅速动作，切断通路，实现过流保护 ）3.材料以及电池的制作工艺，管理等的因素。如韩国LG ICR18650S3锂电池 号称真正的原装A品 的 标 准电 压 3.7V ， 满电电 压为 ： 4.2V 容 量： 2400MA 产地： 韩国

24、 LG型号： ICR18650S3容量： 2200mAh电压： 3.6V充电方式： 恒流-恒压充电电压： 4.2V充电电流： 1050mA充电时间： 2.5H放电电流：放电截至电压： 3.0V循环寿命： 500充电温度：0 C - + 45C放电温度：20 C + 60 C储存温度： 0 C - + 60C尺寸： 直径18.4毫米 X高65毫米重量： 约 45 克 一般来讲，18650 锂电 池的一些 数据 ：容 量 1800-2500mAh（0.5CA 放电）标称电压：有3.6V/3.7V 电池内阻：70m （带PTC）放电终 止电压:3.0V 充电上限电压 420 士 0.02V标准充电电

25、流:0.5C A 快 速充电电流 ：1C A 标准放电电流 ：0.5C A 快速放电电流 ：1C A 最大直 径（） 18.3 单位（mm）最大高度（H） 65.0 最大放电电流:2C A 电池重量 :45 士 6g 在化成时，用稍高电压（锂离子电池最高可以到 4.22V, 再高有可能 爆壳，漏液），可以使电解液比较好的浸润电极，使锂离子激活更彻 底一些，激活时间也会相应缩短节省这一步骤的时间， 而反应热在不 损害电池本身的情况下又可以给电池内部的反应提供一个能比较快 速反应的环境（温度高反应速度加快） 。锂电池的一些 标准 如下 :电性能：1、 额定容量：0.5C放电，单体电池放电时间不低于

26、 2h,电池组放电 时间不低于 1h54min （95%） ；2、 1C放电容量：1C放电，单体电池放电时间不低于 57min （95%， 电池组放电时间不低于 54min（90%）；3、 低温放电容量：-20 C下0.5C放电，单体或电池组放电时间均不 低于 1h12min （60%）；4、 高温放电容量：55C下0.5C放电，单体电池放电时间不低于 1h54min（ 95%），电池组放电时间不低于 1h48min（ 90%）；5、荷电保持及恢复能力：满电常温下搁置 28 天，荷电保持放电时间 不低于1h36min （80%，荷电恢复放电时间不低于 1h48min （90% ;6、 储存性能：进行贮存试验的单体电池或电池组应选自生产日期不足3个月的，贮存前充50%60%的容量，在环境温度40C士 5C, 相对湿度45%75%的环境贮存90天。贮存期满后取出电池