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锂离子电池生产工艺


锂离子工艺流程

工艺流程 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 2

5 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 6-8 ?m,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 5-7 ?m,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 2-5 ?m;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:2.25% 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 20?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(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: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) :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。 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。 (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; 2.1.3 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; 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; 动力混合机参数设置:公转为 10±2 分钟,自转为 8±2 转/分 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。 2.1.4 注意事项

a) b)

完成,清理机器设备及工作环境; 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、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。
2.2.2 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; 2.2.3 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。 2.2.4 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) 正极 0.125-0.145 负极 0.125-0.145

压片后长度(mm) 362-365 400-403

3.5 配片方案 序号 正极重量(克) 负极重量(克) 备注 1 5.49-6.01 2.83-2.86 正极可以和重 1-2 个档次的负极进行 配片 2 6.02-6.09 2.87-2.90

3 4 5 6

6.10-6.17 6.18-6.25 6.26-6.33 6.34-6.41

2.91-2.94 2.95-2.98 2.99-3.01 3.02-3.05

3.6 极片烘烤 电极 温度 时间(小时) 正极 120±5 6-10 负极 110±5 6-10 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

真空度 ≦-0.09Mpa ≦-0.09Mpa

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 80±5℃ 时间 16-22 小时 真空度 ≦-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) 4. 包装与储存


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