锂离子电池工艺流程.doc

锂离子电池工艺流程 2010-11-01 14:33:45 来源： OFweek 电子工程网 今天在盖世汽车网举办的论坛上，听交大的殷教授（他是我以前同事的博士生导师） 谈起了不少趣闻，特别是关于锂电池生产厂商的已经在国内到达 100 家以上了，但是工艺 是个很大的悲剧在此收集和整理一些关于锂电池工艺的资料，需要和专业同事确认后才 能就不同的电池进行正确的区别，这里首先整理个概念某个厂家的工艺时间图为： 另外一个直观的图为： 锂离子电池工艺流程一、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 0.5Mpa3.7 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-0.095~0.10Mpab） 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：4.00Vb）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 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。