锂离子电池工艺流程

jianzhu_123 发表于 2024-5-24 00:57:19

锂离子电池工艺流程
正极混料
l 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。
l 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。
l 稀释。将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。
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。
（2）导电剂：脱水。一般用200 oC常压烘烤2小时左右。
（3）粘合剂：脱水。一般用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LiCoO2 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；
1.3操作步骤
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；
动力混合机参数设置：公转为30±2转/分，自转为25±2转/分；
a) 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；
动力混合机参数设置：公转为10±2分钟，自转为8±2转/分
b) 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℃；
c) 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。
1.4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负极混料
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、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：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。
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：磨球=1:1.2）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；
2.3操作步骤
a) 纯净水加热至至80℃倒入动力混合机（2L）
b)加CMC，搅拌60±2分钟；
动力混合机参数设置：公转为25±2分钟，自转为15±2转/分；
c) 加入SBR和去离子水，搅拌60±2分钟；
动力混合机参数设置：公转为30±2分钟，自转为20±2转/分；
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；
动力混合机参数设置：公转为20±2转/分，自转为15±2转/分；
e) 第四次加料30±2分钟后进行高速搅拌，时间为480±10分钟；
动力混合机参数设置：公转为30±2转/分，自转为25±2转/分；
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±2分钟；
动力混合机参数设置：公转为10±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；
测试条件：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。
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、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（mm）正极0.125-0.145362-365负极0.125-0.145400-4033.5配片方案序号正极重量（克）负极重量（克）备注15.49-6.012.83-2.86正极可以和重1-2个档次的负极进行配片26.02-6.092.87-2.9036.10-6.172.91-2.9446.18-6.252.95-2.9856.26-6.332.99-3.0166.34-6.413.02-3.053.6极片烘烤电极温度时间（小时）真空度正极120±56-10≦-0.09Mpa负极110±56-10≦-0.09Mpa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0.5Mpa
3.7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的通明胶带，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电池真空烘烤温度时间真空度80±5℃16-22小时≦-0.05Mpa备注：
a) 真空系统的真空度为-0.095~0.10Mpa
b) 保护气为高纯氮气，气体气压大于0.5Mpa
c) 每小时抽一次真空注一次氮气；
3.16 注液量：2.9±0.1g
注液房相对湿度：小于30%
温度：20±5℃
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：4.00V
b)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恒流至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) 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X>0.5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 
 在北京的展示会上，看到有两家展示电池管理系统，也上去大致问了一下均衡方面的信息，都是做被动均衡的，而且电流也是小于50mA的。在此就这个话题进行一下展开：
 由于出了一点意外，MathcadV15一直没有用起来，不过目前正在重新装V14。现在开始更新
 均衡面临的最大的问题，是实际的容量的下降，容量的下降是与使用次数（cycle）和放电的深度有关的，这两者应该是一个比较复杂的函数关系，在此使用一定的简单的函数进行描述。
这里首先根据某张数据图，等效出容量和Cycle的关系
关于每次放电深度与之的关系，我需要找一些数据进行支持
待补充
单体电池电压与SOC的函数拟合关系（数据和拟合图形）
被动均衡策略：
1.在充电阶段，对率先充满的电池进行放电
功能分析：这种策略，是将容量低的电池充电钳制在某个范围内，在这个过程中尽量使其他的电池充满。
假定容量是100Ah的电池，最高的有105Ah，最低的有95Ah。在这里设置的窗口（整个电池包的容量）统一为20%～80%，以标称值100Ah为实际点，因此充电和放电均为60Ah。
待续
2.在整个范围内，对某些容量大的电池进行放电，使之与大部分电池容量一致
待续

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