鋰電池制造工藝及裝備 課件匯 陳華 第2-7章 鋰電池原理與結(jié)構(gòu) -電池智能制造

第2章電池原理與結(jié)構(gòu)鋰電池制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)1231.工程思維的方法---自我發(fā)現(xiàn)探求高效的方法，貫穿學(xué)習(xí)、工作和生活的過(guò)程科學(xué)邏輯積累改善目標(biāo)愿景效率原則方法總結(jié)制造業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)材料裝備智能化教學(xué)，不是注滿(mǎn)一桶水，而是點(diǎn)亮一把火—葉圣陶1.工程化思維的四個(gè)原則—工程哲學(xué)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化可積累的改善可持續(xù)的發(fā)展綜合最優(yōu)化產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原理工程及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，科學(xué)原理的綜合。積累：經(jīng)驗(yàn)、方法、習(xí)慣、人脈、財(cái)富。高效、省力、節(jié)能、環(huán)保，產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位基準(zhǔn)錢(qián)學(xué)森《工程控制論》1954年。思考的方法。尋優(yōu)：沒(méi)有最好，只有更好。1.工作方法---自我總結(jié)和激勵(lì)工作方法相信自己能夠改變世界，高效工作，工具箱永不上鎖，隨時(shí)為我所用；懂得何時(shí)獨(dú)立工作，何時(shí)相互協(xié)作，不僅分享工具，更要分享思想；信任自己的伙伴，時(shí)刻求助，拒絕空想，拒絕官僚，因?yàn)椋@里拒絕所有荒謬；自身能力無(wú)限，只要精益求精，挑戰(zhàn)不可能，制造世界就屬于我們；工作的優(yōu)劣，讓用戶(hù)判斷，新奇的想法并非都是壞想法；要不斷嘗試新的高效工作方式，每天都必須做出貢獻(xiàn)，否則，平凡將永遠(yuǎn)是平凡，相信事在人為，只需用心協(xié)力，不斷地創(chuàng)造。

鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)1232.課程內(nèi)容介紹3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)1233.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)學(xué)科分類(lèi)：化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類(lèi)；電解液種類(lèi)：堿性電池、酸性電池、有機(jī)電解液電池、中性電池、非水無(wú)機(jī)電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池工作性質(zhì)及儲(chǔ)存方式劃分：一次電池、二次電池電池所用的正負(fù)極材料劃：鋅系列電池、鎳系列電池、鉛系列電池、鋰離子電池、鋰錳電池、空氣系列電池。電池特性:高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護(hù)電池、防爆電池。蓄電池，常說(shuō)的電池是一種化學(xué)電源，即能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存，也能通過(guò)其內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)向用電設(shè)備供電。一次電池（不可充電電池）?金屬鋰電池：鋰錳電池、鋰亞電池、鋰鐵電池?干電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池貯備電池：銀鋅電池二次電池（可充電電池）?可充電電池：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池其它電池（只能發(fā)電，不能儲(chǔ)電）?燃料電池：氫燃料電池、直接甲醇燃料電池?太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、光敏化學(xué)太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.1課程講解--電池的分類(lèi)、特點(diǎn)電池種類(lèi)：化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類(lèi)1．化學(xué)電池：化學(xué)電池是利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，

按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲(chǔ)備電池。原電池蓄電池燃料電池儲(chǔ)備電池3.12．物理電池：物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。車(chē)用動(dòng)力蓄電池：鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。物理電池：超級(jí)電容器用在電動(dòng)汽車(chē)。生物燃料電池：氫燃料電池和氧化物燃料電池。電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3．生物電池：生物電池是利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽(yáng)電池等。3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)1．電壓:V,mV

2．容量：Ah,mAh3．內(nèi)阻:歐姆，4.能量：Wh或kWh

質(zhì)量比能量：Wh/Kg體積比能量：Wh/L5．功率：W,KW

質(zhì)量比功率，W/kg

體積比功率，W/L或kW/L6．輸出效率:輸入與輸出之百分比能量效率

容量效率7.放電深度(DOD)8．放電倍率：放電倍率等于放電電流與額定容量之比9．使用壽命：循環(huán)次數(shù)電池的性能指標(biāo)

電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的要求1．比能量高：2．安全性好:3．比功率大:4．充放電效率高:5．相對(duì)穩(wěn)定性好:6．使用成本低:3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.1電池發(fā)展的歷史課程內(nèi)容3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池鉛酸電池及干電池3.2常用干電池3.2鉛酸電池鉛酸電池（VRLA），電極：鉛及其氧化物，電解液：硫酸溶液。鉛酸放電態(tài)：正極為二氧化鉛，負(fù)極主鉛；充電態(tài)：正負(fù)極均為硫酸鉛。鉛酸的標(biāo)稱(chēng)電壓：2.0V，電壓范圍1.5V-2.4V；6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)是12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等。3.2鋰電與鋰電發(fā)展的歷史鉛酸電池的特點(diǎn)：能量密度：30-60WH/Kg;壽命：500次；鉛碳：1500次；安全性好!鉛是重金屬，污染環(huán)境；課程內(nèi)容3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池3.3鋰電池及其分類(lèi)鋰電池是一類(lèi)由鋰化合物或鋰金屬為正/負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M.S.Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。導(dǎo)致鋰離子電池率先產(chǎn)業(yè)化。鋰電池大致可分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。1991年索尼正式量產(chǎn)現(xiàn)代鋰離子電池。3.3鋰電池及其分類(lèi)鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為：LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(電子)充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：6C+xLi++xe-

=LixC6充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳（硫）為正極材料、金屬鋰或其合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2鋰電池與其他二次電池的對(duì)比3.3二次電池分類(lèi)鋰離子電池鎳氫電池鎳鎘電池鉛酸電池正極體系鋰過(guò)渡金屬氧化物氫氧化亞鎳氫氧化亞鎳二氧化鉛負(fù)極體系石墨等層狀物儲(chǔ)氫合金氧化鎘海綿鉛隔膜體系PP/PEPP或PEPP尼龍玻璃纖維棉電解液體系有機(jī)鋰鹽電解液KOH水溶液KOH水溶液稀硫酸標(biāo)稱(chēng)電壓3.0~3.71.21.22.0體積能量密度350~600wh/l320~350wh/l160~180wh/l65~wh/l重量能量密度180~300wh/kg60~65wh/kg40~45wh/kg25~30wh/kg電池原理離子遷移氧化還原氧化還原氧化還原充放電方法恒流恒壓充電恒流充電恒流充電恒流充電充電終點(diǎn)控制恒流/限壓恒流限時(shí)恒流限時(shí)恒流穩(wěn)壓安全性有一定隱患安全安全安全環(huán)保環(huán)保環(huán)保鎘污染鉛污染最佳工作溫度0℃~45℃-20℃~45℃-20℃~60℃-40℃~70℃價(jià)格（元/wh）0.7~0.8/wh3.5~4.0/wh2.2~2.8/wh0.7~1.0/wh充電器成本高（恒流恒壓）一般（控制恒流源）一般（控制恒流源）低（穩(wěn)壓源）高能量密度：質(zhì)量比能量，150～300Wh/kg～500Wh/kg；

體積比能量，250～790Wh/L～1300Wh/L。?開(kāi)路電壓高：可達(dá)3.2～4.2V。?

輸出功率大：可達(dá)300～5000W/kg(@20秒)。?無(wú)記憶效應(yīng):無(wú)記憶效應(yīng)，可隨時(shí)充放電，使用維護(hù)簡(jiǎn)便。

不要每次把電用完才充電?。?！低自放電：<5％～10％/月。工作溫度范圍寬：可在-20℃～60℃之間正常工作。充、放電速度快；0.2C～5C。--但需謹(jǐn)慎！鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)3.3課程內(nèi)容3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池鋰離子電池的原理

正極：鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2或LiXMnO2，負(fù)極：鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。電解質(zhì)：溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機(jī)溶液。隔膜為帶孔的塑料。3.4在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱(chēng)為:“搖椅電池”。充放電過(guò)程：是一個(gè)漫長(zhǎng)過(guò)程，嵌出、遷出，移動(dòng)，進(jìn)入，嵌入。電子轉(zhuǎn)移與離子遷移。電池充放電是物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程。鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體(鋁箔)負(fù)極活性物質(zhì)（石墨、MCMB)

粘合劑、溶劑、基體（銅箔）隔膜（PE、PP/PE/PP）電解液（LiPF6+DMCECEMC)五金和輔材（鋁殼、蓋板、極耳、膠紙、隔圈片）523450AR52表示厚度為：5.2mm34表示寬度為：34mm50表示高度為：50mmA表示為鋁殼R表示大圓角r表示小圓角3.43.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)鋁殼電池結(jié)構(gòu)軟包鋁塑膜電池結(jié)構(gòu)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.4鋰電池及其分類(lèi)1—隔膜，2,3—負(fù)極及極耳，4,5—正極及極耳疊片電池的結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池3.5鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)—規(guī)律鋰電發(fā)展的趨勢(shì)規(guī)律半固態(tài)電池與固態(tài)電池鋰硫、鋰空電池一般制造業(yè)發(fā)展的規(guī)律---西奧多-萊特定律IT摩爾定律LED海滋定律光伏行業(yè)SWANSON定律電池行業(yè)發(fā)展的規(guī)律是什么？微處理器芯片的電路密度每?jī)赡陮⒎瑑r(jià)格減半。LED的價(jià)格每十年降為原來(lái)的10%，性能則提高20倍。全球太陽(yáng)能光伏電池的制造能力每增加一倍，成本下降20%。能量密度？?jī)r(jià)格？周期？幅度？

美國(guó)MBA教授：1936年，西奧多-萊特在研究生產(chǎn)成本時(shí)，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)生產(chǎn)數(shù)量每累計(jì)增加一倍，制造商就會(huì)實(shí)現(xiàn)成本按百分比持續(xù)下降，比如生產(chǎn)第2000架飛機(jī)的成本比生產(chǎn)第1000架飛機(jī)的成本低15%，生產(chǎn)第4000架飛機(jī)的成本，比生產(chǎn)第2000架飛機(jī)的成本低15%。3.5集成電路周期發(fā)展規(guī)律---經(jīng)濟(jì)規(guī)律集成電路發(fā)展規(guī)律---十年為周期，依賴(lài)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)需求。3.5鋰電能量密度發(fā)展規(guī)律---技術(shù)推動(dòng)電芯能量密度每10年翻翻，每年增長(zhǎng)7-8%;資料來(lái)源：《鋰離子電池過(guò)往與未來(lái)》，新時(shí)代證券研究所3.5鋰電產(chǎn)業(yè)周期發(fā)展規(guī)律---輸出產(chǎn)能及經(jīng)濟(jì)規(guī)律鋰電產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)+技術(shù)驅(qū)動(dòng)影響：產(chǎn)能增長(zhǎng)周期為5年；復(fù)合增長(zhǎng)率45%。五年五年五年輸出產(chǎn)能增長(zhǎng)規(guī)律：每年45%鋰電產(chǎn)業(yè)輸出產(chǎn)能變化的周期。3.5電池價(jià)格每年下降18%左右，產(chǎn)能每年增長(zhǎng)45-50%中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)的價(jià)格走勢(shì)數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究所2019年12月25日新材料在線3.5年均成本減少率（annualdecreaseratioADR）學(xué)習(xí)率（learningrateLR）是成本的下降量與市場(chǎng)規(guī)模增量的比值，或者看作是市場(chǎng)規(guī)模每增加一倍，成本的下降程度.自1991年鋰電商業(yè)化至2020年，成本下降了多少？全類(lèi)型電池及圓柱形電池的價(jià)格年下降率ADR:17.1%和17.4%；全類(lèi)型電池及圓柱形電池的學(xué)習(xí)率LR:26.6%和30.9%。全球鋰電池價(jià)格規(guī)律97％3.5鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律---剪刀叉規(guī)律杜克大學(xué)環(huán)境與地球?qū)W院，蓋世汽車(chē)資訊SourceGlobalEVOutlook20173.5鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律---四大規(guī)律CATL的剪刀叉發(fā)展規(guī)律3.5受政策、技術(shù)進(jìn)步、需求影響：能量密度、價(jià)格成剪刀交叉規(guī)律發(fā)展;市場(chǎng)產(chǎn)能周期為5年;復(fù)合增長(zhǎng)率為45-50%；能量密度每年增長(zhǎng)7-8%,10年能量密度翻倍;價(jià)格每年下降18%。鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律影響的因素:材料、電池技術(shù)不斷升級(jí)；國(guó)家政策、國(guó)家宏觀規(guī)劃；使用模式、商業(yè)模式驅(qū)動(dòng)；制造技術(shù)、方法日新月異；電動(dòng)化無(wú)處不在。影響鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律的因素3.53.5鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.5鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.5鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.5鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)課程內(nèi)容3.1電池的分類(lèi)、特點(diǎn)3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類(lèi)3.4鋰離子電池原理與結(jié)構(gòu)3.5鋰電池發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)3.6鈉離子電池鈉離子電池研究背景雖然是作為最先進(jìn)的儲(chǔ)能二次電池的鋰離子電池，已廣泛應(yīng)用于小型電子產(chǎn)品并有可能成為未來(lái)新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池以及大規(guī)模儲(chǔ)能工程的配套電源。但是鋰離子電池又有其存在的問(wèn)題：1安全性問(wèn)題—在鋰離子電池中，除了正常的充放電外，還存在很多放熱副反應(yīng)，電池溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高時(shí)，放熱副反應(yīng)就可能會(huì)被引發(fā)從而引起一系列安全問(wèn)題。2成本問(wèn)題—高昂的成本是制約鋰離子電池普及使用的一個(gè)重要因素。LiCoO2是研究最早且技術(shù)最成熟的鋰離子電池正極材料，在鋰離子電池正極材料市場(chǎng)占主導(dǎo)地位，但是鈷資源匱乏，價(jià)格昂貴，直接導(dǎo)致電池成本高。3鋰資源短缺—我國(guó)的鋰儲(chǔ)量十分有限，僅占地殼的0.0065%，并且分布不均，我國(guó)主要集中在青海，西藏等偏遠(yuǎn)地區(qū)，開(kāi)發(fā)利用會(huì)有很多困難。。3.648基于上述原因，研究人員又將目光轉(zhuǎn)向了與鋰同一主族的鈉金屬原子量/gmol-1密度/gcm-3離子半徑/pm價(jià)態(tài)變化比容量/mAhg-1標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)/Vvs.SHE地殼豐度價(jià)格/元kg-1Li6.940.5346813862-3.040.006%~40Na22.990.9689711166-2.72.64%~2表1鈉單質(zhì)與鋰單質(zhì)的比較鈉離子電池研究背景3.6充電時(shí)鈉離子從陽(yáng)極脫嵌進(jìn)入陰極，放電時(shí)鈉離子從陰極進(jìn)入陽(yáng)極。外電路電子從負(fù)極進(jìn)入陽(yáng)極鈉離子被還原成鈉鈉離子電池的工作原理正極材料負(fù)極材料電解液電池的核心部件性能電池電化學(xué)性能隔膜電池外殼3.612串聯(lián)雙極性電池單體電池串聯(lián)3.6鈉離子電池的特點(diǎn)鈉離子電池和鋰離子電池對(duì)比鈉離子電池鋰離子電池正極材料:Na-Cu-Fe-Mn-OLi-Ni-Co-Mn-O正極集流體:鋁箔鋁箔電解質(zhì)材料:1MNaPF6-EC-DMC1MLiPF6-EC-DMC負(fù)極材料:無(wú)煙煤基軟碳石墨負(fù)極集流體:鋁箔銅箔鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)：鈉儲(chǔ)量豐富，沒(méi)有資源限制，規(guī)?？梢宰龊艽蟪杀鞠鄬?duì)較低，安全性高，環(huán)境友好負(fù)極集流體用鋁箔，沒(méi)有過(guò)放電問(wèn)題可以沿用鋰離子電池現(xiàn)有生產(chǎn)工序和設(shè)備，可行性高3.63.6鈉離子電池-謝謝大家的聆聽(tīng)-第3章電池材料鋰電池制造工藝及裝備背景鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域1.工程思維的方法---自我發(fā)現(xiàn)探求高效的方法，貫穿學(xué)習(xí)、工作和生活的過(guò)程科學(xué)邏輯積累改善目標(biāo)愿景效率原則方法總結(jié)制造業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)材料裝備智能化教學(xué)，不是注滿(mǎn)一桶水，而是點(diǎn)亮一把火—葉圣陶背景鋰離子電池充放電原理正極：LiCoO2

?Li1-xCoO2+xLi++xe–

負(fù)極：6C+xLi++xe-?LixC6

總反應(yīng)：6C+LiCoO2

?Li1-xCoO2+LixC6

z：電極反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量F：法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96500C/molR：8.314J/mol·KEΘ：標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)，當(dāng)放電電流趨于零時(shí)，輸出電壓等于電池電勢(shì)。電池能斯特方程根據(jù)能斯特方程可知，電池電壓在電池運(yùn)作范圍內(nèi)會(huì)隨電池電量、電極材料以及其所處環(huán)境而有所變化。Charging+-PARTONE鋰離子電池充放電原理充電時(shí)鋰離子從正極材料中脫出通過(guò)隔膜經(jīng)電解質(zhì)溶液向負(fù)極遷移同時(shí)電子在外電路從正極流向負(fù)極鋰離子在負(fù)極得到電子后被還原成金屬鋰嵌入負(fù)極晶格正極：LiCoO2→xLi++xe-+Li(1-x)CoO2負(fù)極：6C+xe-+xLi+→LixC6eeeeeeeeeeeeeeeeeDischargingPARTONE鋰離子電池充放電原理負(fù)極的鋰會(huì)失去電子成為鋰離子通過(guò)隔膜經(jīng)電解質(zhì)溶液向正極方向遷移并進(jìn)入正極材料中儲(chǔ)存+-eeeeeeeeeeeeeeeee正極：xLi++xe-+Li(1-x)CoO2

→LiCoO2負(fù)極：LixC6→6C+xe-+xLi+背景鋰離子電池組成部分鋰離子電池組成部分1正極材料成本＞40%2負(fù)極材料成本＜15%3隔膜成本20%~30%4電解液成本10%~15%④④①②目錄0102020304正極材料簡(jiǎn)介負(fù)極材料簡(jiǎn)介隔膜簡(jiǎn)介電解液簡(jiǎn)介離子電池之父goodenough先生。獲獎(jiǎng)?wù)逩oodenough(足夠好先生)已經(jīng)97歲高齡，他曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：我們有些人就像是烏龜，走得慢，一路掙扎，到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道，他必須走下去。1976年，足夠好先生因?yàn)榕＝虼髮W(xué)化學(xué)系恰好出現(xiàn)的空缺就轉(zhuǎn)過(guò)去了，那一年他開(kāi)始關(guān)注電池領(lǐng)域，這時(shí)他已經(jīng)54歲了其實(shí)20世70年代就已經(jīng)有鋰電池了，這種電池是以金屬鋰作為電極材料的，但是金屬鋰實(shí)際上非?；顫?，很容易燃燒，所以那時(shí)候發(fā)生了很多電池燃燒爆炸的事情。這時(shí)在牛津的足夠好先生把目光放在了鈷酸鋰這種材料上，這是一種層狀的材料，鋰離子就像是被嵌在中間一樣，所以足夠好先生大膽提出用鈷酸鋰作為電極材料，鋰離子就可以在電極材料中進(jìn)行嵌入和嵌出。日本的索尼公司將鈷酸鋰和石墨聯(lián)用就創(chuàng)造出了可以充電的鋰離子電池，并且推向了商業(yè)化。這也是我們現(xiàn)在用的鋰離子電池的開(kāi)端。之后足夠好先生又用了磷酸鐵鋰材料來(lái)代替鈷酸鋰(75歲)，鋰離子電池與2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)而從1981年開(kāi)始研究鋰電池的吉野彰，在接受采訪時(shí)表示：“我做研究的原始動(dòng)力是我的好奇心，它驅(qū)使著我前進(jìn)。”，吉野彰經(jīng)過(guò)不斷嘗試，于1985年開(kāi)發(fā)出了用碳基材料作為負(fù)極，正極依舊為鈷酸鋰的新型鋰離子二次電池(LIB)，從而確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。1991年，吉野彰的開(kāi)發(fā)的電池由旭化成和索尼共同推向市場(chǎng)，迅速成為被手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)等電子產(chǎn)品廣泛使用的電池產(chǎn)品。2010年鋰離子電池的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了1萬(wàn)億日元。吉野彰1948年出生于日本大阪，他是目前智能手機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)等諸多產(chǎn)品中使用的鋰離子電池的開(kāi)發(fā)者、旭化成公司研究員，旭化成株式會(huì)社吉野研究室室長(zhǎng)，同時(shí)還是京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究專(zhuān)業(yè)特命教授、名城大學(xué)教授。鋰離子電池與2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)一、正極材料簡(jiǎn)介正極活性物質(zhì)的特性要求正極活性物質(zhì)的特性要求1、比容量大，要求正極材料有低的相對(duì)分子量，且其宿主結(jié)構(gòu)能插入大量的Li+；2、工作電壓高，要求體系放電反應(yīng)的Gibbs自由焓負(fù)值大；3、倍率性能好，要求Li+在電極材料內(nèi)部和表面有較高的擴(kuò)散速度；4、循環(huán)壽命長(zhǎng)，要求Li+的嵌入/脫出過(guò)程中材料的結(jié)構(gòu)變化盡可能的?。?、良好的鋰離子及電子導(dǎo)電性，以獲得較好的倍率及低溫性能；6、制備工藝簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；圃旌褪褂贸杀镜?；一、正極材料簡(jiǎn)介現(xiàn)階段主流正極材料名稱(chēng)

鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳酸鋰化學(xué)式LiCoO2LiMn2O4LiFePO4Li(NixCoyMnz)O2平均電壓(搭配石墨)3.6V3.7V3.4V3.6/3.7V晶體結(jié)構(gòu)層狀尖晶石橄欖石層狀循環(huán)壽命500-1000500–20002000–60008000–2000運(yùn)行溫度AverageAverageGoodGood電芯能量密度180–240Wh/kg130–180Wh/kg130–180Wh/kg180–250Wh/kg功率1C10C,40C脈沖35C連續(xù)10C安全性BadGoodExcellentGood熱失控開(kāi)始溫度150°C

(302°F)250°C

(482°F)270°C

(518°F)210°C

(410°F)商用化時(shí)期1994200219992003研究及生產(chǎn)機(jī)關(guān)Samsung,LG,Sony,SanyoNEC,Samsung,HitachiUT,QH,MIT，A123,ValenceSamsung,LG,Sony,Sanyo,NissanMotor主要應(yīng)用領(lǐng)域3C電子產(chǎn)品電動(dòng)工具，醫(yī)療機(jī)器,電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)及儲(chǔ)能3C電子產(chǎn)品，電動(dòng)工具，醫(yī)療機(jī)器，電動(dòng)汽車(chē)一、正極材料簡(jiǎn)介正極活性物質(zhì)放電曲線比較CathodeTypeChemistryExampleMetalPortionsExampleUseNCALiNiCoAlO280%Nickel,15%Cobalt,5%AluminumTeslaModelSLCOLiCoO2100%CobaltAppleiPhoneLMOLiMn2O4100%ManganeseNissanLeafNMCLiNiMnCoO233.3%Nickel,33.3%Manganese,33.3%CobaltTeslaPowerwallLFPLiFePO4100%IronStarterbatteries一、正極材料簡(jiǎn)介-LCO(LiCoO2)LCO結(jié)構(gòu)

LCO是層狀結(jié)構(gòu)

正極晶體內(nèi)鋰離子做二維運(yùn)動(dòng)

雷達(dá)圖

LCO電池的優(yōu)點(diǎn)：能量密度高

LCO電池的缺點(diǎn)：相對(duì)短的循環(huán)壽命安全性不好及高倍率放電特性差SEM圖

LCO微觀形貌一、正極材料簡(jiǎn)介-LMO(LiMn2O4)LMO結(jié)構(gòu)

LMO是尖晶石結(jié)構(gòu)

正極晶體內(nèi)鋰離子做三維運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度快且內(nèi)阻低雷達(dá)圖

LMO電池優(yōu)點(diǎn):優(yōu)秀的功率，低成本且安全性好

LMO電池缺點(diǎn):壽命比較短，高溫較差(Mn溶出)SEM圖

LMO微觀形貌一、正極材料簡(jiǎn)介-NCMNCM結(jié)構(gòu)

與NCA,LCO相同，都是層狀結(jié)構(gòu)

正極結(jié)晶內(nèi)鋰離子二維運(yùn)動(dòng)

根據(jù)Ni,Co,Mn的配比，容量會(huì)有變化雷達(dá)圖

NCM電池優(yōu)點(diǎn)：高能量密度且性能平均

根據(jù)Ni,Co,Mn不同配比，電池性能多樣，用途廣

為了提升電池的性能，能夠與其他材料混

用，來(lái)實(shí)現(xiàn)更佳的使用效果SEM圖

NCM微觀形貌一、正極材料簡(jiǎn)介-LiFePO4LiFePO4

結(jié)構(gòu)

LFP是橄欖石結(jié)構(gòu)

Goodenough等在1997年首次報(bào)道

正極晶體內(nèi)鋰離子在橄欖石結(jié)構(gòu)做一維運(yùn)動(dòng)，將移動(dòng)的一維粒子做成納米顆粒來(lái)縮短運(yùn)動(dòng)的距離，從而提升鋰離子電導(dǎo)特性

雷達(dá)圖

LFP電池有著非常優(yōu)秀的安全性且壽命長(zhǎng)，成本低

缺點(diǎn)：能量密度低，低溫性能略差SEM圖

LFP微觀形貌二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介

負(fù)極活性物質(zhì)的特性要求負(fù)極活性物質(zhì)的特性要求1、嵌入脫出Li反應(yīng)具有低的氧化還原電位，以滿(mǎn)足電池具有較高的輸出電壓；2、Li嵌入脫出過(guò)程，電極電位變化較小，以保證充放電時(shí)電壓波動(dòng)??；3、Li嵌入脫出過(guò)程，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，確保電池較高的循環(huán)及安全性；4、具有較高的可逆比容量；5、良好的鋰離子及電子導(dǎo)電性，以獲得較好的倍率及低溫性能；6、制備工藝簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；圃旌褪褂贸杀镜?；7、環(huán)境友好，資源豐富。二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介

負(fù)極材料分類(lèi)鋰離子電池負(fù)極材料人造石墨天然石墨金屬及其氧化物合金材料納米材料無(wú)定型碳石墨化碳非碳負(fù)極材料碳負(fù)極材料難石墨化碳（硬碳）易石墨化碳（軟碳）MCMB微晶石墨晶質(zhì)石墨二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨1、嵌鋰電位低且平坦，可為鋰離子提供高的、平穩(wěn)的工作電壓，大部分嵌鋰容量分布在0.2V～0V之間（vs.Li/Li+）；2、嵌鋰容量高，LiC6的理論容量為372mAh/g；3、與有機(jī)溶液相容能力差，易發(fā)生溶劑共嵌入現(xiàn)象，從而降低嵌鋰性能。鋰的嵌入反應(yīng)一般是從菱形位置（即端面，Z字型面和扶椅型面）進(jìn)行，因?yàn)殇噺耐暾哪媸菬o(wú)法穿過(guò)的。但是如果基面存在缺陷結(jié)構(gòu)諸如微孔等，也可以經(jīng)基面進(jìn)行嵌鋰。石墨的嵌鋰特性石墨在嵌鋰過(guò)程中，隨著Li濃度的變化石墨呈現(xiàn)出不同的顏色隨著嵌鋰濃度從低到高，石墨的顏色也會(huì)從灰色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹕?。二、?fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨1、從充放電曲線可以看出，充電開(kāi)始時(shí)，電位迅速下降，在0.8V左右出現(xiàn)小平臺(tái)，這一平臺(tái)被認(rèn)為是電解液在石墨電極表面分解生成不溶性SEI膜;2、在0.25V～0.005V之間曲線平坦，大部分容量在這一電位范圍。在0.25V以上幾乎沒(méi)有容量，即可逆容量都在0.25V～0.005V電位范圍內(nèi)；3、當(dāng)SEI膜達(dá)到一定厚度時(shí)，膜對(duì)電子有絕緣作用，僅有離子導(dǎo)電性，能阻止電解液進(jìn)一步還原，所以，從第二周期開(kāi)始，充放電效率接近100%。石墨的儲(chǔ)鋰機(jī)理首次石墨電極的充放電曲線石墨電極的充放電曲線二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨項(xiàng)目人造石墨類(lèi)天然石墨類(lèi)評(píng)價(jià)方法備注原材料煤焦油、石油焦、煅后焦、瀝青等經(jīng)人工合成天然石墨礦經(jīng)開(kāi)采、浮選、精選/根據(jù)原材料的產(chǎn)地不同，性能會(huì)有不同外觀色暗顏色發(fā)黑鐵黑或鋼灰色，質(zhì)軟，有金屬光澤發(fā)亮富有滑膩感目測(cè)，手摸/形貌單個(gè)塊狀、片狀、針狀或不規(guī)則形狀塊狀、片狀、球形或類(lèi)球形掃描電鏡（SEM）測(cè)試，表面、剖面/多個(gè)花瓣?duì)?、球狀、爆米花狀等花瓣?duì)?、球狀、爆米花狀等石墨化度結(jié)晶度稍低石墨化度常在93%以下（d002:0.336-0.337nm）結(jié)晶度高石墨化度常在94%以上（d002:0.3354-0.3359nmX射線衍射儀（XRD）測(cè)試/晶體結(jié)構(gòu)六方晶系（呈ABAB…序列排列）無(wú)菱形峰六方晶系與菱面體晶系（呈ABAB…序列排列）有菱形峰

人造石墨與天然石墨差異二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨由于石墨表面處理技術(shù)的不斷改善和進(jìn)步，市場(chǎng)上基本均以復(fù)合石墨為主，很難在外觀上判斷出是天然石墨還是人造石墨人造石墨人造石墨的形狀為塊狀或不規(guī)則狀天然石墨天然石墨的形狀為球形、類(lèi)球形或片狀二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨人造石墨剖面呈現(xiàn)實(shí)心結(jié)構(gòu)，而天然石墨的內(nèi)核會(huì)存在較多的孔隙結(jié)構(gòu)；該技術(shù)已經(jīng)成為主要的，也是較為簡(jiǎn)便的判斷人造石墨和天然石墨的方法。二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-石墨二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-軟碳、硬碳軟碳即易石墨化碳，是指在2500℃以上的高溫下能石墨化的無(wú)定形碳。軟碳的結(jié)晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面間距(d002)較大，與電解液的相容性好，但首次充放電的不可逆容量較高，輸出電壓較低，無(wú)明顯的充放電平臺(tái)電位。常見(jiàn)的軟碳有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等硬碳是指難石墨化碳，是高分子聚合物的熱解碳，這類(lèi)碳在2500℃以上的高溫也難以石墨化。常見(jiàn)的硬碳有樹(shù)脂碳(如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚糠醇

PFA-C等)石墨軟碳硬碳二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-硅負(fù)極

硅負(fù)極

硅的理論容量高達(dá)4200mAh/g，超過(guò)石墨的372mAh/g的十倍以上，這個(gè)數(shù)字的概念想必大家都清楚，充一次電實(shí)現(xiàn)1000公里將有可能實(shí)現(xiàn)。在充放電過(guò)程中，硅的脫嵌鋰反應(yīng)將伴隨大的體積變化（＞300%），造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和機(jī)械粉化，導(dǎo)致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進(jìn)而失去電接觸，致使容量迅速衰減，循環(huán)性能惡化。由于劇烈的體積效應(yīng)，硅表面的SEI膜處于破壞-重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，會(huì)造成持續(xù)的鋰離子消耗，進(jìn)一步影響循環(huán)性能。

二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-硅負(fù)極二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-硅負(fù)極硅碳負(fù)極材料根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為包覆結(jié)構(gòu)、負(fù)載結(jié)構(gòu)、分散結(jié)構(gòu)等。根據(jù)包覆結(jié)構(gòu)的不同又可分為核殼型、蛋黃-殼型、多孔型。包覆結(jié)構(gòu)—核殼型包覆結(jié)構(gòu)—蛋黃-殼型包覆結(jié)構(gòu)—多孔型分散結(jié)構(gòu)負(fù)載結(jié)構(gòu)碳層的存在有利于增加硅的導(dǎo)電率緩沖硅在脫嵌過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)最大限度的降低硅表面與電解液的直接接觸，緩解電解液的分解電極循環(huán)性能得到提高具有核殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的空腔對(duì)體積有容納膨脹作用，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定利于產(chǎn)生穩(wěn)定的SEI膜孔道結(jié)構(gòu)能夠提供快速的離子傳輸通道較大的比表面積增加了材料反應(yīng)活性，從而提高倍率性結(jié)構(gòu)中含有大量的碳材料，循環(huán)性能好硅含量一般較低，可逆比容量較低抑制硅的體積膨脹二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介-鈦酸鋰

鈦酸鋰負(fù)極尖晶石結(jié)構(gòu)，可寫(xiě)作Li(Li1/3Ti5/3)O4Li4Ti5O12+3Li++3eLi7Ti5O12理論容量168mAh/g有平坦的平臺(tái)不與電解液反應(yīng)（不行成SEI膜）鋰離子擴(kuò)散系數(shù)比天然石墨高一個(gè)數(shù)量級(jí)（2×10-8cm2/s）容易制備晶胞參數(shù)8.36A-8.37A，0.1%體積變化（石墨10%的體積變化）電子導(dǎo)電率低低壓實(shí)密度，低能量密度二、負(fù)極材料簡(jiǎn)介各類(lèi)鋰離子電池負(fù)極材料的性能特點(diǎn)材料種類(lèi)比容量(mAh/g)首次效率(%)循環(huán)壽命（次）安全性快充特征碳系負(fù)極天然石墨340-370901000一般一般人造石墨310-360931000一般一般中間相碳微球300-340941000一般一般石墨烯400-6003010一般差非碳系負(fù)極鈦酸鋰165-1709930000最高最好硅80060200差差錫60060200差差三、隔膜簡(jiǎn)介隔膜是一種具有微孔結(jié)構(gòu)的薄膜，在鋰離子電池中主要起到如下兩個(gè)作用：隔開(kāi)正負(fù)極，防止正負(fù)極接觸形成短路保證鋰離子可以從微孔中通過(guò)，形成充放電回路85鋰離子電池對(duì)隔膜的要求包括：具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性；耐電解液腐蝕，有足夠的電化學(xué)和電子穩(wěn)定性，這是由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物；具有良好的電解液的浸潤(rùn)性，并且吸液保濕能力強(qiáng)；力學(xué)穩(wěn)定性高，包括刺穿強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能小；空間穩(wěn)定性和平整性好；熱穩(wěn)定性和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好；受熱收縮率小，否則會(huì)引起短路，引發(fā)電池?zé)崾Э亍３酥?，?dòng)力電池通常采用復(fù)合膜，對(duì)隔膜的要求更高。三、隔膜簡(jiǎn)介參數(shù)指標(biāo)性能影響厚度14-35μm內(nèi)阻、容量、穿刺強(qiáng)度孔隙率35-60%內(nèi)阻、機(jī)械強(qiáng)度和閉孔性透氣率(Gurley值)10-25S/in2.100cc.1.22Kpa內(nèi)阻孔徑大小及分布(SEM)干法0.1-0.3μm濕法0.01-1μm內(nèi)阻、短路率、一致性熱收縮(90℃/1h)干法MD<3%,TD<1%濕法MD<5%,TD<3%安全性閉孔、破膜溫度PE:128-135℃PP:150-166℃耐熱、安全性拉伸強(qiáng)度MD≥140Mpa,TD≥75Mpa加工性、安全性穿刺強(qiáng)度>4.4N短路率、安全性

隔膜主要指標(biāo)三、隔膜簡(jiǎn)介共同點(diǎn)：取向步驟，使薄膜產(chǎn)生空隙并提高拉升強(qiáng)度。不同點(diǎn)：成孔機(jī)理不同生產(chǎn)工藝干法單向拉伸雙向拉伸類(lèi)硬彈性纖維方法PP、PE、PP/PE/PP拉伸β晶型聚丙烯PP單層濕法雙向拉伸相分離、溶劑萃取PE單層

隔膜生產(chǎn)工藝三、隔膜簡(jiǎn)介干法單拉工藝流程為：1）投料：將PE或PP及添加劑等原料按照配方預(yù)處理后，輸送至擠出系統(tǒng)2）流延：將預(yù)處理的原料在擠出系統(tǒng)中，經(jīng)熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經(jīng)流延后形成特定結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基膜。3）熱處理：將基膜經(jīng)熱處理后得到硬彈性薄膜。4）拉伸：將硬彈性薄膜進(jìn)行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜。5）分切:將納米微孔膜根據(jù)客戶(hù)的規(guī)格要求裁切為成品膜。干法雙拉工藝流程為：1）投料：將PP及成孔劑等原料按照配方預(yù)處理后輸送至擠出系統(tǒng)。2）流延：得到β晶含量高、β晶形態(tài)均一性好的PP流延鑄片。3）縱向拉伸：在一定溫度下可對(duì)鑄片進(jìn)行縱向拉伸，利用β晶受拉伸應(yīng)力易成孔的特性來(lái)致孔。4）橫向拉伸：在較高的溫度下對(duì)樣品進(jìn)行橫向拉伸以擴(kuò)孔，同時(shí)提高孔障尺寸分布的均勻性。5）定型收卷：通過(guò)在高溫下對(duì)隔膜進(jìn)行熱處理，降低其熱收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。三、隔膜簡(jiǎn)介濕法異步拉伸工藝流程為;1）投料：將PE、成孔劑等原料按照配方進(jìn)行預(yù)處理輸送至擠出系統(tǒng)。2）流延：將預(yù)處理的原料在雙螺旋桿擠出系統(tǒng)中經(jīng)熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經(jīng)流延后形成含成孔劑的流延厚片。3）縱向拉伸：將流延厚片進(jìn)行縱向拉伸。4）橫向拉伸：將經(jīng)縱向拉伸后的流延厚片橫向拉伸，得到含成孔劑的基膜。5）萃取：將基膜經(jīng)溶劑萃取后形成不含成孔劑的基膜。6）定型：將不含成孔劑的基膜經(jīng)干燥、定型得到納米微孔膜。7）分切：將納米微孔膜根據(jù)客戶(hù)的規(guī)格要求裁切為成品膜。濕法同步拉伸技術(shù)工藝流程與異步拉伸技術(shù)基本相同，只是拉伸時(shí)可在橫、縱兩個(gè)方向同時(shí)取向，免除了單獨(dú)進(jìn)行縱向拉伸的過(guò)程，增強(qiáng)了隔膜厚度均勻性。但同步拉伸存在的問(wèn)題第一是車(chē)速慢，第二是可調(diào)性略差，只有橫向拉伸比可調(diào)，縱向拉伸比則是固定的。三、隔膜簡(jiǎn)介掃描電子顯微鏡可直觀的觀察到隔膜的孔形貌、造孔均勻性及制備工藝，掃描電鏡可反映出隔膜的造孔不均、拉伸斷裂、涂覆不均等問(wèn)題三、隔膜簡(jiǎn)介-涂敷隔膜類(lèi)型涂覆層特點(diǎn)陶瓷涂覆隔膜Al2O3,SiO2,Mg(OH)2等耐熱性?xún)?yōu)良的無(wú)機(jī)物陶瓷顆粒1.提高隔膜的耐高溫、耐熱收縮性能和穿刺強(qiáng)度2.與電解液和正負(fù)極材料有良好的浸潤(rùn)和吸液保液能力3.中和電解液中少量的氫氟酸，防止電池氣脹PVDF涂覆隔膜聚偏氟乙烯（PVDF）1.具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫色變性、耐氧化性、柔韌性以及高抗?jié)q強(qiáng)度和耐沖擊性強(qiáng)度2.具有低內(nèi)阻、高（厚度/空隙率）均一性、化學(xué)與電化學(xué)穩(wěn)定性好特點(diǎn)3.由于納米纖維的存在，使其對(duì)鋰電池電極具有更好的兼容性和粘合性芳綸涂覆隔膜芳綸纖維1.具有可耐受400以上高溫的耐熱性和卓越的防火阻燃性2.由于芳綸樹(shù)脂對(duì)電解液具有高親和性，使隔膜具有良好的浸潤(rùn)和吸液保液的能力，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命3.芳綸樹(shù)脂加上填充物，可提高隔膜的抗氧化性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高電位化，從而提高能量密度四、電解液簡(jiǎn)介

電解液特性要求電解液特性要求1、在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率；2、液程寬，常規(guī)下在-80~100℃范圍內(nèi)為液體；3、化學(xué)穩(wěn)定性好，與活性物質(zhì)、集流體、隔膜等不反應(yīng)；4、與電極材料相容性好，能形成穩(wěn)定、有效的鈍化膜；5、電化學(xué)穩(wěn)定性好，分解電壓高；6、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)高，安全性好。四、電解液簡(jiǎn)介

電解液組成電解液鋰鹽LiPF6、LiBF6LiBOB、LiTFSILiFSI、LiPO2F2溶劑碳酸酯羧酸酯氟代酯添加劑成膜添加劑防過(guò)充添加劑阻燃添加劑穩(wěn)定添加劑影響容量?jī)?nèi)阻電壓高溫低溫倍率壽命安全四、電解液簡(jiǎn)介-溶劑1.有機(jī)溶劑對(duì)電極應(yīng)該是惰性的，在電池的充放電過(guò)程中不與正負(fù)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，穩(wěn)定性好。2.有機(jī)溶劑應(yīng)該有較高的介電常數(shù)和較小的黏度以使鋰鹽有足夠高的溶解度，保證高的電導(dǎo)率。3.熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、蒸氣壓低，從而使工作溫度范圍較寬。4.與電極材料有較好的相容性，電極在其構(gòu)成的電解液中能夠表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。5.電池循環(huán)效率、成本、環(huán)境因素等方面的考慮。

有機(jī)溶劑選擇標(biāo)準(zhǔn)四、電解液簡(jiǎn)介-溶劑

有機(jī)溶劑列表產(chǎn)品名稱(chēng)分子式分子量(g/mol)介電常數(shù)E/(c/v.m)黏度η/(mPa*s)25℃熔點(diǎn)T/℃沸點(diǎn)T/℃密度ρ/(g*cm-3)20℃外觀碳酸乙烯酯(EC)C3H4O388.0689.61.86(40℃)36.4238.01.3214白色晶體碳酸丙烯酯（PC）C4H6O3103.0966.12.513-492421.198透明液體碳酸二甲酯（DMC）C3H6O390.083.1080.58054.6901.0632透明液體碳酸二乙酯(DEC)C3H10O3118.12.820.748-43126.80.9693透明液體碳酸甲乙酯(EMC)C4H8O3104.102.40.65-551081.007透明液體碳酸甲丙酯(MPC)C5H10O3118.132.80.78-431300.98透明液體γ-丁內(nèi)酯(GBL)C4H6O286.0939.11.73-43.5204.01.1254透明液體甲酸甲酯(MF)C2H4O260.058.900.328-9931.750.9664透明液體甲酸乙酯(EF)C3H6O274.087.160.358-79.654.310.9153透明液體乙酸甲酯(MA)C3H6O274.086.680.364-98.156.30.9279透明液體乙酸乙酯(EA)C4H8O288.116.020.426-84.077.10.8946透明液體丙酸乙酯(EP)C5H10O2102.15.650.502-73.8990.8842透明液體丁酸甲酯(MB)C5H10O21025.50.6-841030.98透明液體丁酸乙酯(EB)C6H12O2116.165.100.613-98.0121.60.8739透明液體四、電解液簡(jiǎn)介-溶劑

常見(jiàn)溶劑結(jié)構(gòu)四、電解液簡(jiǎn)介

常見(jiàn)溶劑特點(diǎn)溶劑特點(diǎn)EC介電常數(shù)高，離解鋰鹽能力強(qiáng);粘度、密度大，熔、沸點(diǎn)高，高溫性能好DMC粘度最低，熔點(diǎn)稍高，但沸點(diǎn)偏低，故常溫性能好，而高低溫性能不理想，導(dǎo)電性和浸潤(rùn)性為碳酸酯溶劑中最好，常用于容量型、倍率型及圓柱電解液EMC粘度僅高于DMC，熔點(diǎn)低(-55℃)，沸點(diǎn)(108℃)，低溫性能較好，兼顧高溫性能。導(dǎo)電性和浸潤(rùn)性處于DMC和DEC之間，常用于容量型、倍率型等電解液DEC熔點(diǎn)(-43℃)沸點(diǎn)(126~127℃)僅低于EC、PC，高溫性能良好，導(dǎo)電性和浸潤(rùn)性較DMC、EMC的差，常用于高溫型電解液PC介電常數(shù)較高，離解鋰鹽能力較強(qiáng)，熔點(diǎn)(-49℃)沸點(diǎn)(242℃)，高低溫性能兼顧，但粘度偏高，僅低于EC,不利于浸潤(rùn)，添加量較大時(shí)會(huì)對(duì)天然石墨的循環(huán)性能產(chǎn)生影響。四、電解液簡(jiǎn)介-鋰鹽

1.鋰鹽在有機(jī)溶劑中有足夠高的溶解度，締合度小，易于解離，以保證電解液具有較高的電導(dǎo)率；2.陰離子具有較高的氧化和還原穩(wěn)定性，在電解液中穩(wěn)定性好，還原產(chǎn)物有利于電極鈍化膜的形成；3.具有較好的環(huán)境親合性，分解產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染??；4.易于制備和純化，生產(chǎn)成本低。

鋰鹽選擇標(biāo)準(zhǔn)四、電解液簡(jiǎn)介-鋰鹽

長(zhǎng)見(jiàn)鋰鹽優(yōu)缺點(diǎn)鋰鹽種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)LiBF4工作溫度區(qū)間寬，高溫穩(wěn)定性好，低溫性能優(yōu)，能增強(qiáng)電解液對(duì)電極的成膜能力，抑制Al箔腐蝕離子電導(dǎo)率較低，有很大局限性，常與電導(dǎo)率較高的鋰鹽配合使LiPF6在非水溶劑中具有合適的溶解度和較高的離子電導(dǎo)率；能在Al箔集流體表面形成一層穩(wěn)定的鈍化膜；能協(xié)同碳酸酯溶劑在石墨電極表面生成一層穩(wěn)定的SEI膜熱穩(wěn)定性較差、易發(fā)生分解反應(yīng)易吸水水解LiAsF6綜合性能比較好毒性太大LiClO4綜合性能比較好強(qiáng)氧化性導(dǎo)致安全性不高LiBOB較高的電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口、良好的熱穩(wěn)定性、較好的循環(huán)穩(wěn)定性，對(duì)正極Al箔集流體具有鈍化保護(hù)作用溶解度較低，在部分低介電常數(shù)溶劑中幾乎不溶解導(dǎo)電性：LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF4耐氧化性：LiAsF6>LiPF6>LiBF4>LiClO4熱穩(wěn)定性：LiAsF6>LiBF4>LiClO4>LiPF6四、電解液簡(jiǎn)介-添加劑添加劑的特點(diǎn)較少用量即能改善電池的一種或幾種性能對(duì)電池性能無(wú)副作用與有機(jī)溶劑有較好的相溶性?xún)r(jià)格相對(duì)較低，無(wú)毒性或毒性較小不與電池中其它材料發(fā)生副反應(yīng)添加劑種類(lèi)典型物質(zhì)備注負(fù)極成膜添加劑VC、FEC、VEC、PS添加量1~5%wt正極成膜添加劑含硫類(lèi)物質(zhì)、含B類(lèi)物質(zhì)，BP、CHB添加量0.2~1%wt高溫添加劑PS、MMDS、LiBOB、LiTFSI添加量0.5~5%wt防過(guò)充添加劑BP、CHB、MP、及氟代芳香烴具有刺鼻氣味阻燃劑磷酸酯、膦腈黏度大穩(wěn)定劑亞胺類(lèi)、胺類(lèi)、硅烷類(lèi)導(dǎo)電劑醚類(lèi)，冠醚類(lèi)低溫添加劑醚類(lèi)，腈類(lèi)溶劑，含B類(lèi)溶劑-謝謝大家的聆聽(tīng)-第4章電池制造工藝鋰電制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)鋰電行業(yè)故事---陳立泉12431.0學(xué)習(xí)方法---積累與改善不斷探求高效的方法，貫穿人生的過(guò)程科學(xué)邏輯積累改善效率原則目標(biāo)愿景方法總結(jié)制造業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)材料裝備智能化真正的教學(xué)，不是注滿(mǎn)一桶水，而是點(diǎn)亮一把火—葉圣陶1.0效率原則現(xiàn)代社會(huì)非大吃小，而是快吃慢！效率是組織的生命！效率：選擇產(chǎn)業(yè)的依據(jù)效率：個(gè)人和組織的價(jià)值中國(guó)制造業(yè)強(qiáng)大的根本原因在于綜合效率。深圳蛇口工業(yè)一路光伏轉(zhuǎn)化效率逐年提升穩(wěn)定性、效率、成本1.0光伏+儲(chǔ)能終將成為未來(lái)全球主流能源光伏成本2.2元/W效率：15%到2025年儲(chǔ)能成本1元/WH光伏+儲(chǔ)能成本0.23元/KW效率：20%2030年光伏+儲(chǔ)能成本0.15元/KW效率：25%市場(chǎng)成本橫掃所有化石能源2025年全球光伏3萬(wàn)億度電，2030年全球9萬(wàn)億度電。光伏+儲(chǔ)能可占領(lǐng)全球電力市場(chǎng)20%，2025年,2030年儲(chǔ)能裝機(jī)量分別為1000GWh和5000GWh。2025年1000GWH2030年5000GWH全面顛覆傳統(tǒng)能源需求，實(shí)現(xiàn)光伏+儲(chǔ)能綜合成本低于火電光伏+儲(chǔ)能終將成為全球主流能源1.0電池儲(chǔ)能有最高效率---歐陽(yáng)明高1.0鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)鋰電行業(yè)故事---陳立泉12433.1課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片3.1電池制造工藝的定義定義：電池制造工藝是指人們利用生產(chǎn)工具和設(shè)備，在一定環(huán)境條件下，對(duì)電池原料、材料、半成品進(jìn)行加工或處理，最后使之成為成品的操作方法和技術(shù)。

這是人們?cè)谥圃熘蟹e累起來(lái)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，是有關(guān)工程人員應(yīng)遵守的技術(shù)規(guī)程，也是生產(chǎn)低成本、高質(zhì)量產(chǎn)品的前提和保證。制造工藝的內(nèi)容：對(duì)產(chǎn)品圖紙及要求進(jìn)行工藝分析審查編制工藝方案和制定工藝文件進(jìn)行工藝術(shù)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、驗(yàn)證等。制造工藝制定的依據(jù)：原材料的特點(diǎn)，制造環(huán)境要求，產(chǎn)品的用途以及質(zhì)量和精度要求，經(jīng)濟(jì)效果情況，現(xiàn)有技術(shù)與裝備水平等。電池的制造工藝包括：原材料、電芯、電池包（PACK）；電芯是電池制造的核心關(guān)鍵。3.1電池制造工藝的分類(lèi)按照產(chǎn)品產(chǎn)生的階段：材料、電芯、電池包電池制造核心工藝方法：材料：前驅(qū)體、混合燒結(jié)、造粒、分選包裝；電芯：合漿（制漿）、涂布、輥壓、分條、烘烤、芯包（卷繞、疊片）、裝配、烘烤、注液、化成、老化、分容、檢測(cè)；電池包：配組、模組鏈接、電池包組裝、檢測(cè)。按電池結(jié)構(gòu)，卷繞圓形：卷繞方形:軟包:電芯制造工藝與質(zhì)量99.999%=99.99%20單工序點(diǎn)：CPK=2.00

控制CPK1.331.672.00漿料制備98.76%99.94%99.999%極片制備98.15%99.91%99.999%芯包制造98.15%99.91%99.999%電芯裝配95.73%99.65%99.999%干燥注液98.15%99.79%99.999%化成分容98.76%99.94%99.999%整體合格率88.3%99.40%99.99%裝備解決方案漿料制備系統(tǒng)（2）極片制備系統(tǒng)（3）芯包制備系統(tǒng)（3）電芯裝配系統(tǒng)（7）干燥注液系統(tǒng)（3）化成分容系統(tǒng)（2）整體20個(gè)核心工序點(diǎn)熱壓合芯預(yù)焊極柱焊包膜封口入殼3.13.2電池制造工藝流程---電池材料構(gòu)成3.1課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片鋰電制造路線---三段論

輥壓

制片

涂布

合漿

模組

連接PACK封裝BMBMBMBM測(cè)試

組裝

注液

化成

分選極片制造電芯組裝電池PACK

烘烤LMSLMSLMS緩存庫(kù)緩存庫(kù)成品庫(kù)工藝復(fù)雜、因素眾多、由流程漸變到離散、制造過(guò)程影響因素眾多3.2電芯制造3.2電芯制造工藝流程---參考A51，A52，A53極片制造電芯檢測(cè)電芯組裝（制漿、合漿）方形60AH動(dòng)力電池后工序工藝流程3.23.1課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片3.3典型制造工藝—合漿（攪拌、制漿）工序功能：將正極或負(fù)極活性物質(zhì)按一定比例與專(zhuān)用導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合均勻，并調(diào)制成漿。混和原料預(yù)處理干粉分散稀釋四個(gè)步驟：漿料控制點(diǎn):1.粘度2.顆粒度3.固含量工序控制點(diǎn)：1.攪拌速度2.攪拌溫度3.攪拌濃度4.真空度工序控制點(diǎn):1.涂布速度2.涂布面密度3.干燥溫度4.張力放卷接片拉片張力控制自動(dòng)糾偏涂布干燥自動(dòng)糾偏張力控制自動(dòng)糾偏收卷根據(jù)正負(fù)極漿料的固含量、比重調(diào)節(jié)涂布機(jī)機(jī)頭刀具間隙，控制涂布厚度涂布面密度控制？典型制造工藝—涂布3.3干燥速度：干燥過(guò)慢，涂層表面有流動(dòng)性，厚度不穩(wěn)定；干燥過(guò)快，表面形成粘結(jié)劑膜層，內(nèi)部溶劑揮發(fā)會(huì)造成表面層起皺現(xiàn)象。通常采用分段干燥，中間段溫度最高。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(shí)檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)的拉漿速度、烘烤時(shí)間等。加熱溫度或時(shí)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(guò)高，則粘結(jié)劑發(fā)生晶化，也會(huì)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(shí)間不合適還會(huì)造成鋁箔氧化和極片偏濕；涂布操作的問(wèn)題高質(zhì)量極片：極片表面平整、光滑、敷料均勻、附著力好、干燥、不脫料、不掉料、不缺料、無(wú)積塵、無(wú)劃痕、無(wú)氣泡3.33.3典型制造工藝—合漿、涂布視頻鋰的作用LG制造視頻涂布頭3.3典型制造工藝—卷繞3.3典型制造工藝—卷繞視頻1234疊片工藝是將正極、負(fù)極切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)大電芯的一種LI離子電芯制造工藝。負(fù)極隔離膜正極典型制造工藝—疊片3.3理想電芯的結(jié)構(gòu)---疊片軟包、方形層級(jí)疊片電芯，避免彎曲、翻折，電場(chǎng)平行無(wú)畸變3.3電芯原理級(jí)理解疊片電芯制造--理想動(dòng)力電芯結(jié)構(gòu)正極、負(fù)極，隔膜完全片片舒展堆疊，沒(méi)有原理缺陷。電場(chǎng)均勻變形均勻同步膨脹同步收縮極片同步界面穩(wěn)定3.3全片式疊片要解決的是：毛刺、效率、監(jiān)控問(wèn)題正極、負(fù)極，隔膜完全切片堆疊更多是解決制造技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有機(jī)理級(jí)根上的缺陷！動(dòng)力電池的最終結(jié)構(gòu)—全片式疊片3.3傳統(tǒng)Z疊制造-效率瓶頸單工位效率極限150PPM（0.4s/pcs）輔助時(shí)間5-10s單片不良過(guò)程剔除麻煩、高速定位誤判、極片、隔膜褶皺無(wú)法避免、導(dǎo)致合格率低！3.3高速?gòu)?fù)合疊片工藝制成過(guò)程隔膜張力恒定、沒(méi)有不均勻拉伸；電芯界面平整、沒(méi)有彎曲、折彎；正負(fù)極完全物理隔斷，沒(méi)有交叉感染。3.3高速?gòu)?fù)合疊片機(jī)單工作臺(tái)480-600PPM輔助時(shí)間0

電芯長(zhǎng)度MAX600mm新能源行業(yè)ASML的第一個(gè)革命產(chǎn)品---單工作臺(tái)年產(chǎn)1GWh3.3Bi-cell制片段Bi-cell復(fù)合疊片段貼膠下料段設(shè)計(jì)效率產(chǎn)出效率復(fù)合段520ppm4組極片裁切480-500ppm疊片段520ppm（Bicell）480-500ppm設(shè)備尺寸：長(zhǎng)15.5m*寬2.5m*高2.8m典型制造工藝—疊片視頻3.3鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)鋰電行業(yè)故事1243鋰電行業(yè)故事—陳立泉院士，科學(xué)家4.0陳立泉院士主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)生平簡(jiǎn)歷-謝謝大家的聆聽(tīng)-第5章電池制造技術(shù)鋰電制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)鋰電行業(yè)故事12431.0學(xué)習(xí)方法---積累與改善不斷探求高效的方法，貫穿人生的過(guò)程科學(xué)邏輯積累改善目標(biāo)愿景效率原則方法總結(jié)制造業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)材料裝備智能化真正的教學(xué)，不是注滿(mǎn)一桶水，而是點(diǎn)亮一把火—葉圣陶1.0積累與改善斯蒂芬?科維StephenCoveyThe7HabitsofHighlyEffectivePeopleBeproactiveBeginwiththeendinmindPutfirstthingsfirstThinkwin-winSeekfirstunderstandthentobeunderstoodSynergizeSharpenthesaw1.0積累與改善工程的哲學(xué)：可積累的持續(xù)改善工程哲學(xué)是改變世界的哲學(xué)，主要是探索人們?cè)趺慈グ盐蘸吞幚砗盟荒茏觥⑹裁茨茏龊蛻?yīng)該怎樣做的問(wèn)題。

如運(yùn)用哲學(xué)的智慧去及進(jìn)度的關(guān)系問(wèn)用技術(shù)的先進(jìn)性和成熟性、引進(jìn)技術(shù)與自主創(chuàng)新、質(zhì)量和造價(jià)題，工程建設(shè)與生態(tài)保護(hù)問(wèn)題，競(jìng)爭(zhēng)與合作、保密與交流等多重關(guān)系問(wèn)題等。1.0積累與改善工程的哲學(xué)：可積累的持續(xù)改善成功==達(dá)成目標(biāo)改變=現(xiàn)在的勤勞基數(shù)=過(guò)去的積累次數(shù)=堅(jiān)持1.0積累與改善工程的哲學(xué)：可積累的持續(xù)改善技術(shù)可積累：天才在于積累,聰明在于勤奮。設(shè)計(jì)思路及方法積累；各種平臺(tái)建設(shè)積累；標(biāo)準(zhǔn)化積累；鼓勵(lì)與獎(jiǎng)勵(lì)、強(qiáng)制并重推行；持續(xù)改善：滿(mǎn)足當(dāng)前和未來(lái)的需求定期改善總結(jié)機(jī)制；不斷學(xué)習(xí)探索新的、更好的；養(yǎng)成學(xué)習(xí)提高的習(xí)慣；鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識(shí)點(diǎn)鋰電行業(yè)故事12433.1課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質(zhì)量3.1通用目的產(chǎn)品及制造通用目的產(chǎn)品的特征：電池是產(chǎn)業(yè)的心臟芯片是產(chǎn)業(yè)的大腦電動(dòng)產(chǎn)品的兩個(gè)支柱資源節(jié)約、新能源汽車(chē)、清潔能源、儲(chǔ)能應(yīng)用等

成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的依賴(lài)電池成為一種特殊產(chǎn)品——產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)品對(duì)一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（如CPU、機(jī)器人、鋼鐵）起到基礎(chǔ)、帶動(dòng)、引領(lǐng)、決定作用的產(chǎn)品電池成通用目的產(chǎn)品3.1通用目的產(chǎn)品及制造通用目的產(chǎn)品的制造特征：大規(guī)模：?jiǎn)尉€年產(chǎn)5-10Gwh，滿(mǎn)足量產(chǎn)10-20萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的電池需求；高質(zhì)量：制造合格率大于96%，工序CPK能力大于1.33-1.67。高制造安全：安全因素全監(jiān)控，目標(biāo)PPB級(jí)管控。芯片與鋰電制造芯片制造電芯制造：物質(zhì)的遷移到位，不是傳遞、轉(zhuǎn)移。電場(chǎng)以光速傳播。電子轉(zhuǎn)移速度不快，0.75mm/s離子穿越遷移，移動(dòng)受溫度，壓力，濃度影響；毛細(xì)凝聚理論：離子凝聚與脫附按照Kelvin方程；電解液里的遷移固體中的遷動(dòng)離子鍵結(jié)合：靜電作用半導(dǎo)體中，自由電子不受具體原子核約束，信號(hào)傳遞是一種轉(zhuǎn)移機(jī)制。離子自由態(tài)，離子的轉(zhuǎn)移通過(guò)電場(chǎng)光速傳輸。空隙大小，空隙的分布，離子擴(kuò)散受溫度，壓力影響。嵌脫反應(yīng)：鋰的化學(xué)勢(shì)，吉布斯自由能。離子具有有序性，相變變化；顆粒尺寸，濃度，負(fù)極褚鋰機(jī)制等。芯片與電芯的本質(zhì)區(qū)別：電子轉(zhuǎn)移與離子傳導(dǎo)、遷移。電池充放電是物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程。3.1半導(dǎo)體與鋰電制造特征對(duì)比內(nèi)容相同點(diǎn)不同點(diǎn)芯片產(chǎn)業(yè)電芯產(chǎn)業(yè)用途通用目的產(chǎn)品、無(wú)窮應(yīng)用處理信息（人的大腦）處理能源（人的心臟）產(chǎn)品機(jī)理物理過(guò)程：電子移動(dòng)鋰離子/電子直徑比大約是千12倍；鋰離子/電子質(zhì)量比大約是3100倍；物理過(guò)程，電子移動(dòng)，信號(hào)傳遞，是單體轉(zhuǎn)移行為。物理+化學(xué)過(guò)程，離子遷移,能量轉(zhuǎn)移、物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程,是群體轉(zhuǎn)移行為。產(chǎn)品作用無(wú)處不在，社會(huì)每個(gè)側(cè)面。大腦：處理信息，指揮功能心臟：裝血液，能源需求。制造特征大規(guī)模、無(wú)人化、智能化。PPM+PPB級(jí)控制制造影響合格率、企業(yè)效益制造影響安全、企業(yè)存亡升級(jí)趨勢(shì)單位體積的功能成本不斷下降。摩爾定律：晶體管密度提升、成本下降能量密度提升，成本下降標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范需要完整的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有序發(fā)展，不斷升級(jí)基礎(chǔ)薄弱、野蠻生長(zhǎng)材料升級(jí)材料不斷升級(jí)精細(xì)化、純度種類(lèi)，精細(xì)化，純度3.1127354納米、微米級(jí)材料操作--如何均勻，如何評(píng)價(jià)？鋰電池制造特征68軟質(zhì)材料、硬性定位使用要求多元、異構(gòu)海量數(shù)據(jù)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，難以用于制造過(guò)程優(yōu)化、控制和決策。不起眼的因素對(duì)質(zhì)量影響很大—時(shí)間、空間、濕度、灰塵等產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)：材料、電池結(jié)構(gòu)、制造工藝、裝備化工廠+電子廠，連續(xù)過(guò)程逐步過(guò)渡到離散過(guò)程，系統(tǒng)線性、非線性、隨機(jī)動(dòng)態(tài)===關(guān)聯(lián)邏輯關(guān)系難以實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、多方面經(jīng)驗(yàn)積累，很難把電芯做好！結(jié)論對(duì)鋰電制造業(yè)的認(rèn)識(shí)—制造特征多物理場(chǎng)耦合，多尺度控形、控性工藝過(guò)程內(nèi)在科學(xué)規(guī)律不清晰，需要尋找新的方法。缺少有效的系統(tǒng)科學(xué)分析方法和系統(tǒng)性能特征評(píng)價(jià)手段解決制造要求的可重構(gòu)、大規(guī)模、定制化的特征。3.1鋰電池制造基礎(chǔ)方法確立---從本源出發(fā)，回歸基礎(chǔ)材料制造極片制造芯包制造電芯制造電池制造nm尺度μm尺度mm尺度M級(jí)尺度晶胞晶粒顆粒孔隙結(jié)構(gòu)尺度尺度精度配合精度融合程度基于量子理論的制造：材料、結(jié)構(gòu)和性能基于牛頓力學(xué)的制造：性能、效率、成本傳熱、變形、交變應(yīng)力、膨脹、收縮摩擦、阻尼、彈性、線性、非線性。張力、速度、精度、效率第一性原理、分子動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)原子、分子結(jié)構(gòu)、電子和離子的輸運(yùn)轉(zhuǎn)移行為、界面變化、耦合效應(yīng)、尺度變化、過(guò)程穩(wěn)定性。介觀過(guò)渡3.13.2課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質(zhì)量鋰電制造產(chǎn)業(yè)處于初創(chuàng)階段未來(lái)需求空間巨大—2026年萬(wàn)億RMB，2030年全球達(dá)1萬(wàn)億USD，超過(guò)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)----心臟和大腦的比拼發(fā)展。生產(chǎn)能力、制造合格率離實(shí)際要求有很大差距---從2G到10G，94%到99%，目前的電芯配組率：75-80%；電池技術(shù)不斷升級(jí)---需要制造技術(shù)的不斷迭代、需要制造與裝備的創(chuàng)新突破；規(guī)格品種太多，產(chǎn)業(yè)依然有30-40%的行業(yè)總體降本空間---主要在合格率，制造成本，規(guī)模成本，材料成本方面突破。3.2制造工程體系待完善：標(biāo)準(zhǔn)體系、制造規(guī)范尚未建立；電池制造技術(shù)體系材料電池設(shè)計(jì)電池制造電池應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范電池識(shí)別與配組組合連接方法追溯與維護(hù)梯次利用與回收電池包制造材料標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)制造標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)梯次利用標(biāo)準(zhǔn)回收標(biāo)準(zhǔn)正極負(fù)極隔膜電解液殼體其它多物理場(chǎng)模擬尺寸規(guī)格電池殼與連接結(jié)構(gòu)與制造材料配組設(shè)計(jì)漿料制備極片制造芯包制備電芯裝配干燥注液化成分容模組制造Pack制造設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連在線數(shù)據(jù)采集失效模式分析系統(tǒng)集成3.2動(dòng)力電池智能工廠總體規(guī)劃工藝設(shè)計(jì)設(shè)備選型材料配置設(shè)計(jì)電池設(shè)計(jì)智能化設(shè)計(jì)環(huán)保設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)備工廠設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)備開(kāi)發(fā)制造能耗設(shè)計(jì)來(lái)料數(shù)字化過(guò)程數(shù)字化設(shè)備數(shù)字化質(zhì)量數(shù)字化3.2動(dòng)力電池規(guī)模制造的條件設(shè)計(jì)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：安全、生產(chǎn)、組合、使用基于可制造的設(shè)計(jì)：裝配、測(cè)試、組合完善的設(shè)計(jì)、工藝、制造、質(zhì)量管理規(guī)范規(guī)模：達(dá)到基本產(chǎn)能，動(dòng)力電池：日產(chǎn)30萬(wàn)AH,年產(chǎn)1億安時(shí)；制造指標(biāo)：電池合格率不低于90%,材料利用率不低于82%；適合產(chǎn)能規(guī)模的自動(dòng)化。優(yōu)秀制造：電池合格率不低于95%，材料利用率不低于90%，電池容量差小于±1%。3.2制造系統(tǒng)構(gòu)筑的目標(biāo)原則制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體原則：實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)；實(shí)用為首；現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)控制原則：水分、灰塵、毛刺控制和極片的保護(hù)；特別規(guī)劃制造對(duì)電池安全性的影響；工序產(chǎn)能、物流節(jié)拍的均衡匹配；自動(dòng)化程度與效率、成本的均衡；重點(diǎn)工序重點(diǎn)控制：制漿、涂布、組裝、注液、化成；不同類(lèi)型的電池有不同的特點(diǎn)和制程控制要點(diǎn)：需認(rèn)真考究3.2動(dòng)力電池制造裝備選擇綜合決策：制造安全性、合格率、材料利用率、能耗、成本。1制造安全性：制造過(guò)程避免引入不安全的因素或制造方法，如五金模切、超聲波極柱焊接。2工序篩選：制造合格率達(dá)不到99%以上的工序、工藝方法自然淘汰，如蓋板焊接。3年產(chǎn)1G產(chǎn)能，10%投入1500萬(wàn)，按照三年平均折舊，每年500萬(wàn)元。1%的合格率提升，創(chuàng)造利潤(rùn)700萬(wàn)元。3.2建立動(dòng)力電池制造規(guī)范電池制造五個(gè)方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：建立材料承認(rèn)書(shū)－－測(cè)試、認(rèn)可、替代標(biāo)準(zhǔn)；電芯制造的工藝、生產(chǎn)、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)建立；建立電芯量產(chǎn)認(rèn)可體系：100只，1000只，1萬(wàn)只，10萬(wàn)只；電芯性能認(rèn)可評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)：容量、內(nèi)阻、自放電、一致性、耐久性、可靠性等；電芯組合、應(yīng)用評(píng)估體系：不同應(yīng)用條件下電池的組合標(biāo)準(zhǔn)。3.23.3課程講解---知識(shí)點(diǎn)3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質(zhì)量2019年79起電動(dòng)汽車(chē)自燃起火大數(shù)據(jù)分析1、從車(chē)輛類(lèi)型看，65%的事故車(chē)輛為乘用車(chē)、28%的事故車(chē)輛為專(zhuān)用車(chē)、7%的事故車(chē)輛為客車(chē)；2、從動(dòng)力電池類(lèi)型看，86%的事故車(chē)輛使用三元鋰離子電池、7%的事故車(chē)輛使用磷酸鐵鋰電池、7%的事故車(chē)輛電池類(lèi)型不確定；3、從已查明著火原因中，58%的車(chē)輛起火源于電池問(wèn)題，19%的車(chē)輛起火源于碰撞問(wèn)題，還有部分車(chē)輛的起火原因源于浸水、零部件故障、使用問(wèn)題等原因。4、已查明起火原因的車(chē)輛中，41%的車(chē)輛處于行駛狀態(tài)、40%的車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)、19%的車(chē)輛處于充電狀態(tài)；3.3電池安全的分類(lèi)及誘因3.3動(dòng)力電池安全事故誘因安全的本質(zhì)濫用缺陷機(jī)理機(jī)電環(huán)境制造、材料枝晶生長(zhǎng)3.3動(dòng)力電池