鋰電池650基礎(chǔ)知識及各工序控制要點

2014/3/261

鋰電18650基礎(chǔ)及各工序要點培訓(xùn)第一頁，共四十頁。主要內(nèi)容1.鋰離子電池基本原理2.鋰離子電池的基本構(gòu)造3.鋰離子電池各工藝要點4.鋰離子電池基本概念2第二頁，共四十頁。1.鋰離子電池基本原理3第三頁，共四十頁。1.鋰離子電池基本原理4第四頁，共四十頁。1.鋰離子電池基本原理以鈷酸鋰-石墨體系為例：正極上發(fā)生的反應(yīng)為

LiCoO2=Li1-xCoO2

+xLi++xe-（電子）負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi+

+xe-

（電子）=

LixC6

5第五頁，共四十頁。1.鋰離子電池基本原理以鈷酸鋰-石墨體系為例：正極上發(fā)生的反應(yīng)為

LiCoO2=Li1-xCoO2

+xLi++xe-（電子）負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi+

+xe-

（電子）=

LixC6

6第六頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造7第七頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造2.1正極構(gòu)造活性物質(zhì)+導(dǎo)電劑+粘結(jié)劑+集流體（鋁箔）K-tech正極配方：8組分材料配比活性物質(zhì)三元（LiCo1-x-yNixMnyO2）93.5%-96.5%導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳黑（sp）、導(dǎo)電石墨（ks-6）1.5%-4%粘結(jié)劑聚偏氟乙烯（PVDF）2.0%-2.5%集流體鋁箔-第八頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造2.2負(fù)極構(gòu)造活性物質(zhì)+導(dǎo)電劑+增稠劑+粘結(jié)劑+集流體（銅箔）K-tech負(fù)極配方：9組分材料配比活性物質(zhì)人造石墨（C）93.5%-95.6%導(dǎo)電劑導(dǎo)電碳黑（sp）、導(dǎo)電石墨（ks-6）1.0%-2.5%增稠劑羧甲基纖維素鈉（CMC）1.3%-1.5%粘結(jié)劑丁苯橡膠乳液（SBR）2.1%-2.5%集流體銅箔-第九頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造2.3隔膜構(gòu)造聚烯烴隔膜的結(jié)構(gòu)及特點10結(jié)構(gòu)單層、雙層單層、雙層三層材料PPPEPP/PE/PP生產(chǎn)方法干法干法、濕法干法優(yōu)點耐熱性好、透過性好機(jī)械強(qiáng)度高低溫閉孔(130℃左右)綜合了PP、PE膜優(yōu)點，機(jī)械強(qiáng)度好，安全性更高缺點安全關(guān)斷溫度(閉孔溫度＞140℃）高于PE耐高溫性能不如PP高溫透過性差應(yīng)用范圍數(shù)碼電池、動力電池數(shù)碼電池數(shù)碼電池第十頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造干法單拉隔膜11第十一頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造濕法隔膜12第十二頁，共四十頁。2.鋰離子電池基本構(gòu)造2.4蓋帽構(gòu)造13第十三頁，共四十頁。3.各工序控制要點14第十四頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.1配料合漿：

正（負(fù)）極漿料配制，是將正（負(fù)）極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等正（負(fù)）極物質(zhì)混合在一起的混料過程，混料是吧電池活性物質(zhì)材料和輔料，在溶劑中進(jìn)行高度分散形成牛頓型高粘度流體，達(dá)到將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及其它添加劑充分混合，均勻分散的目的。15第十五頁，共四十頁。3.各工序控制要點控制點（1）原料要符合工藝要求，如材料種類型號，各組分的加入量；（2）正極不能帶入水分；（3）設(shè)備注意干燥，控制室內(nèi)濕度；（4）PVDF溶解過程比較緩慢，制漿前需提前溶解PVDF于NMP中，CMC也是較難溶液，制漿前需提前溶解CMC于水中；PVDF和CMC要充分溶解，分散均勻，如果存在顆粒的粘結(jié)劑或增稠劑必須增加攪拌時間或者更改攪拌工藝；（5）加入導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)后，漿料應(yīng)均勻一致，沒有團(tuán)聚的顆粒，并且漿料中氣泡應(yīng)除盡，正極粘度：4000-10000mpa.s，負(fù)極粘度：1500mpa.s，漿料粘度和固含量對涂漿工藝影響至關(guān)重要。16第十六頁，共四十頁。3.各工序控制要點固含量測試方法：固含量=固化后漿料質(zhì)量/漿料質(zhì)量*100%17第十七頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.2涂漿（布）與干燥：涂布過程是把漿料涂敷到集流體上，干燥是將漿料中溶劑全部除去。鋰電池極片涂布時，與一般的涂料涂布明顯不同：漿料濕涂層較厚，漿料為牛頓型高粘度流體，流體流動是所需剪應(yīng)力，隨流速的改變而改變。涂布厚度的調(diào)整很難根據(jù)一個標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行，這也是涂布機(jī)涂布過程中的難點。它對操作者的熟練程度、經(jīng)驗要求很高。極片涂布的準(zhǔn)確度要求很高，厚度偏差約±3um，因此對設(shè)備要求很高。18第十八頁，共四十頁。3.各工序控制要點控制點（1）要盡可能保證涂布的一致性，操作時應(yīng)注意漿料粘度的變化、料斗上液面高度的變化、涂布速度的變化；（2）鋁箔上漿料薄層進(jìn)入烤箱干燥，除去NMP溶劑（NMP沸點202℃，閃點95℃）。干燥過慢，涂層表面有流動性，厚度不穩(wěn)定，干燥過快，表面形成PVDF膜層，內(nèi)部的NMP溶劑揮發(fā)會造成表面層起皺現(xiàn)象，為保證NMP均勻蒸發(fā)，通常采用分段干燥，中間段溫度最高。正極一般為100-130℃，負(fù)極若采用水性體系，干燥溫度一般為75-90℃；還有干燥過程NMP揮發(fā)，涂布漿料的組成不斷變化，所以配制漿料的NMP溶劑的量、升溫方式和加熱時間，對此都有影響；（3）加熱溫度或時間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結(jié)劑溶解，造成活性物質(zhì)剝落；加熱溫度過高，則粘結(jié)劑發(fā)生晶化，也會使活性物質(zhì)剝落，從而造成電芯內(nèi)短路。另外，干燥溫度和烘干時間不合適還會造成鋁箔氧化和極片偏濕；（4）涂布和干燥要做到首件三檢-厚度、質(zhì)量、尺寸符合要求，并定時檢驗對應(yīng)的拉漿速度、烘烤時間、間隙等。19第十九頁，共四十頁。3.各工序控制要點關(guān)于條痕暗痕的解釋：暗痕是由于涂布時，極片表面部分厚度不均，出現(xiàn)色差，顯示外觀為暗痕。厚度不均的原因可能是（1）在拉漿過程中因刀口有異物或刀口表面不平整（有豁口），造成極片表面厚度不均勻的現(xiàn)象；（2）在輥壓前或輥壓后出現(xiàn)的呈線狀的痕跡。多因刀口未打開的顆粒，或有小的干漿料卡在刀口上所致。20第二十頁，共四十頁。3.各工序控制要點FT-1暗痕的SEM圖：21第二十一頁，共四十頁。3.各工序控制要點FT-1暗痕的SEM圖：22第二十二頁，共四十頁。3.各工序控制要點FT-1暗痕的SEM圖：23第二十三頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.3壓光與切片極片經(jīng)過壓實，一方面可以增加極片的比容量，使活性物質(zhì)欲導(dǎo)電劑、集流體充分接觸，有利于活性物質(zhì)電化學(xué)性能充分發(fā)揮；另一方面，滾壓后極片強(qiáng)度提高，光潔度增大，有利于后續(xù)工藝加工，減少損耗。24第二十四頁，共四十頁。3.各工序控制要點控制點（1）滾壓應(yīng)注意厚度符合工藝要求；（2）壓片時應(yīng)注意氣泡、掉料、極片變形、波浪邊等；（3）對輥機(jī)輥徑越大越好；（4）極片分切尺寸規(guī)格符合工藝要求，不掉料、無波浪邊，毛刺符合工藝要求；25第二十五頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.4極片26第二十六頁，共四十頁。3.各工序控制要點27第二十七頁，共四十頁。3.各工序控制要點控制點（1）無掉粉，波浪邊；（2）極片尺寸符合工藝要求；（3）貼膠及極耳焊接符合要求；（4）毛刺符合工藝要求。28第二十八頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.5卷繞入殼點底焊滾槽遵循負(fù)極包住正極原則有以下控制點：（1）卷繞頭部尾部，負(fù)極超出正極5mm以上；（2）極片邊緣負(fù)極包住正極（X-ray檢測）。PS:測試電芯是否內(nèi)部短路，公司有哪幾項措施？（3）點底焊符合工藝要求-焊接拉力，不虛焊，不過焊。（4）滾槽符合工藝尺寸，無掉鍍層等外觀問題，無翹墊片現(xiàn)象。29第二十九頁，共四十頁。3.各工序控制要點內(nèi)部短路問題:30第三十頁，共四十頁。3.各工序控制要點31第三十一頁，共四十頁。3.各工序控制要點32第三十二頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.6烘烤注液所有的控制點最主要的目的：水分控制！水分不合格的后果：電芯化成分容后CID翻轉(zhuǎn)、電芯低容低壓、循環(huán)差等等問題。此外：電芯注液量也是重要控制點。33第三十三頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.7封口控制點：（1）滿足封口工藝尺寸；（2）氣密性滿足要求；（3）無外觀問題。34第三十四頁，共四十頁。3.各工序控制要點3.8化成分容化成：根據(jù)工藝要求設(shè)置工步，小電流放電，最終電壓不高于3.7V；分容：根據(jù)工藝要求設(shè)置分容工步；PS：溫度對化成和容量的影響較大，所以要控制車間溫度。35第三十五頁，共四十頁。3.各工序控制要點化成目的：（1）激活正負(fù)極材料；（2）負(fù)極形成SEI膜。成膜反應(yīng)一般在：電壓＜1.2V電壓＜2.5V，主要是H2和CO2產(chǎn)生，電壓＞3.0V，EC、EMC、DMC分解，產(chǎn)生其它烷烴類氣體，電芯產(chǎn)氣最多，3.5V后SEI膜基本生成，電壓＞3.8V，

DMC和EMC分解產(chǎn)氣為主。36第三十六頁，共四十頁。4.鋰離子電池基本概念電壓：電器工作時的電壓3.0-4.2/2.5-4.2(單位：V)，放電時，電壓不停下降，平臺電壓指占整個放電時間的絕大部分的那段電壓，一般標(biāo)稱電壓是平臺電壓的中心電壓，在此電壓附近，充電和放電時電壓變化都很慢。內(nèi)阻：電芯本身的電化學(xué)阻抗，包括歐姆電阻核電化學(xué)電阻，大電流放電時，內(nèi)阻對放電特性的影響尤為明顯（單位：mΩ）。容量：指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時間的積分(單位：mAh或Ah)。倍率：指電芯按照標(biāo)稱容量的倍數(shù)放電下，其放電能力的表述。37第三十七頁，共四十頁。4.鋰離子電池基本概念循環(huán)：指二次電池按照一定的制度進(jìn)行充放電，其性能衰減到某一程度時的循環(huán)次數(shù)。存儲性能：貯存性能。電池貯存一段時間后，會因某些因素的影響使性能發(fā)生變化，導(dǎo)致電池自放電，電解液泄漏，電池短路等。放電特性：是指電池在一定的放電制度下，其工作電壓的平穩(wěn)性，電壓平臺的高低以及大電流放電性能等，它表明電池代負(fù)載的能力。38第三十八頁，共四十頁。4.鋰離子電池基本概念I(lǐng)EC61960規(guī)定，圓柱形和方形電池的規(guī)則如下：

圓柱形電池，3個字母后連5個數(shù)字。3個字母，I