中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌來(lái)工作。隨著能源汽車(chē)等下游產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，鋰離子電池的生產(chǎn)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。

　　本專(zhuān)題分為上、下兩個(gè)部分，其中上篇重點(diǎn)關(guān)注鋰離子電池的原理、配方和工藝流程。下篇講解鋰電池的制作及其性能，本文系本專(zhuān)題上篇。

　　一、工作原理

　　1、正極構(gòu)造

　　LiCoO2+導(dǎo)電劑+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔)

　　2、負(fù)極構(gòu)造

　　石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體(銅箔)

　　3、工作原理

　　3.1充電過(guò)程

　　一個(gè)電源給電池充電，此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。此時(shí)：

　　正極上發(fā)生的反應(yīng)為：

　　負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：

　　3.2電池放電過(guò)程

　　放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過(guò)。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。

　　3.3充放電特性

　　電芯正極采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一種層結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的晶型，但當(dāng)從LiCoO2拿走x個(gè)Li離子后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于x的大小。

　　通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)x>0.5時(shí)，Li1-xCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過(guò)程中應(yīng)通過(guò)限制充電電壓來(lái)控制Li1-xCoO2中的x值，一般充電電壓不大于4.2V那么x小于0.5，這時(shí)Li1-xCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。

　　負(fù)極C6其本身有自己的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝淮位珊螅龢OLiCoO2中的Li被充到負(fù)極C6中，當(dāng)放電時(shí)Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負(fù)極C6中心，以保證下次充放電Li的正常嵌入，否則電芯的壓倒很短，為了保證有一部分Li留在負(fù)極C6中，一般通過(guò)限制放電下限電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)：安全充電上限電壓≤4.2V，放電下限電壓≥2.5V。

　　記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì)下降，其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(fù)極材料本身的變化，從分子層面來(lái)看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來(lái)看，是正負(fù)極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會(huì)出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過(guò)程中移動(dòng)的鋰離子數(shù)目。

　　過(guò)度充電和過(guò)度放電，將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀(guān)的理解，過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過(guò)度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。

　　不適合的溫度將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常。

　　二、鋰電池的配方與工藝流程

　　1.正負(fù)極配方

　　1.1正極配方：LiCoO2+導(dǎo)電劑+粘合劑+集流體(鋁箔)

　　LiCoO2(10μm):96.0%

　　導(dǎo)電劑(CarbonECP)2.0%

　　粘合劑(PVDF761)2.0%

　　NMP(增加粘結(jié)性):固體物質(zhì)的重量比約為810:1496

　　a)正極粘度控制6000cps(溫度25轉(zhuǎn)子3);

　　b)NMP重量須適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到粘度要求為宜;

　　c)特別注意溫度、濕度對(duì)黏度的影響

　　正極活性物質(zhì)：

　　鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8μm，含水量≤0.2%，通常為堿性，pH值為10-11左右。

　　錳酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，pH值為8左右。

　　導(dǎo)電劑：鏈狀物，含水量<1%，粒徑一般為1-5μm。通常使用導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的超導(dǎo)碳黑，如科琴炭黑CarbonECP和ECP600JD，其作用：提高正極材料的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性;提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。

　　PVDF粘合劑：非極性物質(zhì)，鏈狀物，分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降，粘性變差。用于將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。

　　NMP：弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。

　　集流體(正極引線(xiàn))：由鋁箔或鋁帶制成。

　　1.2負(fù)極配方：石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體(銅箔)

　　負(fù)極材料(石墨)：94.5%

　　導(dǎo)電劑(CarbonECP)：1.0%(科琴超導(dǎo)碳黑)

　　粘結(jié)劑(SBR)：2.25%(SBR=丁苯橡膠膠乳)

　　增稠劑(CMC)：2.25%(CMC=羧甲基纖維素鈉)

　　水：固體物質(zhì)的重量比為1600:1417.5

　　a)負(fù)極黏度控制5000-6000cps(溫度25轉(zhuǎn)子3)

　　b)水重量需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜;

　　c)特別注意溫度濕度對(duì)黏度的影響

　　2、正負(fù)混料

　　石墨：負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造石墨兩大類(lèi)。非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)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，容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。

　　導(dǎo)電劑：其作用為：

　　a)提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。

　　b)提高反應(yīng)深度及利用率。

　　c)防止枝晶的產(chǎn)生。

　　d)利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加)。

　　添加劑：降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。

　　增稠劑/防沉淀劑(CMC)：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。

　　異丙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。

　　乙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑線(xiàn)性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的，大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。

　　水性粘合劑(SBR)：將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。小分子線(xiàn)性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。

　　去離子水(或蒸餾水)：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。

　　負(fù)極引線(xiàn)：由銅箔或鎳帶制成。

　　2.1正極混料：

　　2.1.1原料的預(yù)處理

　　1)鈷酸鋰：脫水。一般用120°C常壓烘烤2小時(shí)左右。

　　2)導(dǎo)電劑：脫水。一般用200°C常壓烘烤2小時(shí)左右。

　　3)粘合劑：脫水。一般用120-140°C常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定。

　　4)NMP：脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施，直接使用。

　　2.1.2物料球磨：

　　1)4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨;

　　2)將LiCoO2和CarbonECP倒入料桶，同時(shí)加入磨球(干料：磨球=1:1)，在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上

　　2.1.3原料的摻和：

　　1)粘合劑的溶解(按標(biāo)準(zhǔn)濃度)及熱處理。

　　2)鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨：使粉料初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間一般為2小時(shí)左右;為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。

　　2.1.4干粉的分散、浸濕：

　　原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開(kāi)始爭(zhēng)奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng)，液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。

　　當(dāng)潤(rùn)濕角≤90°，固體浸濕。當(dāng)潤(rùn)濕角>90°，固體不浸濕。

　　正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕，所以正極粉料分散相對(duì)容易。

　　分散方法對(duì)分散的影響：

　　1)靜置法(時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu));

　　2)攪拌法：自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時(shí)間短，效果佳，但有可能損傷個(gè)別材料的自身結(jié)構(gòu))。

　　攪拌槳對(duì)分散速度的影響：攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來(lái)對(duì)付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài)，效果佳。

　　攪拌速度對(duì)分散速度的影響。一般說(shuō)來(lái)攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。

　　濃度對(duì)分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。

　　濃度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大，柔制強(qiáng)度越大，粘接強(qiáng)度越大;濃度越低，粘接強(qiáng)度越小。

　　真空度對(duì)分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。

　　溫度對(duì)分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。

　　稀釋?zhuān)簩{料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

　　2.1.5操作步驟

　　a)將NMP倒入動(dòng)力混合機(jī)(100L)至80°C，稱(chēng)取PVDF加入其中，開(kāi)機(jī);參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速25±2轉(zhuǎn)/分，攪拌115-125分鐘;

　　b)接通冷卻系統(tǒng)，將已經(jīng)磨號(hào)的正極干料平均分四次加入，每次間隔28-32分鐘，第三次加料視材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP;動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速為20±2轉(zhuǎn)/分

　　c)第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘;動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分;

　　d)真空混合：將動(dòng)力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0.09Mpa，攪拌30±2分鐘;動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分

　　e)取250-300毫升漿料，使用黏度計(jì)測(cè)量黏度;測(cè)試條件：轉(zhuǎn)子號(hào)5，轉(zhuǎn)速12或30rpm，溫度范圍25°C;

　　f)將正極料從動(dòng)力混合機(jī)中取出進(jìn)行膠體磨、過(guò)篩，同時(shí)在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識(shí)，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。

　　2.1.6注意事項(xiàng)

　　a)完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境;

　　b)操作機(jī)器時(shí)，需注意安全，避免砸傷頭部。

　　2.2負(fù)極混料

　　2.2.1原料的預(yù)處理：

　　1)石墨：

　　A、混合，使原料均勻化，提高一致性。

　　B、300~400°C常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低)。

　　2)水性粘合劑：適當(dāng)稀釋?zhuān)岣叻稚⒛芰Α?br/>
　　2.2.2摻和、浸濕和分散：

　　1)石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。

　　2)可先用醇水溶液將石墨初步潤(rùn)濕，再與粘合劑溶液混合。

　　3)應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。

　　4)分散過(guò)程為減少極性物與非極性物距離，提高勢(shì)能或表面能，所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時(shí)提高流動(dòng)性，降低分散難度。

　　5)攪拌過(guò)程如加入真空脫氣過(guò)程，排除氣體，促進(jìn)固-液吸附，效果更佳。

　　6)分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容

　　2.2.3稀釋?zhuān)?br/>
　　將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

　　2.2.4物料球磨

　　1)將負(fù)極和KetjenblackECP倒入料桶同時(shí)加入球磨(干料：磨球=1:1.2)在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上;

　　2)4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨;

　　2.2.5操作步驟

　　1)純凈水加熱至至80°C倒入動(dòng)力混合機(jī)(2L)

　　2)加CMC，攪拌60±2分鐘;動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為25±2分鐘，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分;

　　3)加入SBR和去離子水，攪拌60±2分鐘;

　　動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2分鐘，自轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分;

　　4)負(fù)極干料分四次平均順序加入，加料的同時(shí)加入純凈水，每次間隔28-32分鐘;動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分;

　　5)第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘;

　　動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分;

　　6)真空混合：將動(dòng)力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0.09到0.10Mpa，攪拌30±2分鐘;

　　動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分

　　7)取500毫升漿料，使用黏度計(jì)測(cè)量黏度;

　　測(cè)試條件：轉(zhuǎn)子號(hào)5，轉(zhuǎn)速30rpm，溫度范圍25°C;

　　8)將負(fù)極料從動(dòng)力混合機(jī)中取出進(jìn)行磨料、過(guò)篩，同時(shí)在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識(shí)，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。

　　2.2.6注意事項(xiàng)

　　1)完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境;

　　2)操作機(jī)器時(shí)，需注意安全，避免砸傷頭部。

　　配料注意事項(xiàng)：

　　防止混入其它雜質(zhì);

　　防止?jié){料飛濺;

　　漿料的濃度(固含量)應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩;

　　在攪拌的間歇過(guò)程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻;

　　漿料不宜長(zhǎng)時(shí)間擱置，以免沉淀或均勻性降低;

　　需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料性質(zhì)變化;

　　攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短以設(shè)備性能、材料加入量為主;

　　攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換，無(wú)法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整，以免損傷設(shè)備;

　　出料前對(duì)漿料進(jìn)行過(guò)篩，除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶;

　　對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以免釀成大禍;

　　配料的關(guān)鍵在于分散均勻，掌握該中心，其它方式可自行調(diào)整。

　　一、電池制作所需參數(shù)

　　1、極片尺寸

　　2、拉漿工藝

　　a)集流體尺寸

　　正極(鋁箔)，間歇涂布

　　負(fù)極(銅箔)，間歇涂布

　　b)拉漿重量要求

　　3、正極拉漿后進(jìn)行以下工序：

　　裁大片裁小片稱(chēng)片(配片)烘烤軋片極耳焊接負(fù)極拉漿后進(jìn)行以下工序：

　　裁大片裁小片稱(chēng)片(配片)烘烤軋片極耳焊接

　　4、軋片要求

　　5、配片方案

　　6、極片烘烤

　　備注：真空系統(tǒng)的真空度為-0.095-0.10Mpa;保護(hù)氣為高純氮?dú)猓瑲怏w氣壓大于0.5Mpa

　　7、極耳制作

　　a)正極：

　　正極極耳在正極片處采用超聲波焊接。鋁條末端與極片邊緣平齊。

　　b)負(fù)極：

　　鎳條尺寸：0.10×3.0×48mm，鎳條直接用點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊，要求點(diǎn)焊點(diǎn)數(shù)為8個(gè)點(diǎn)鎳條右側(cè)與負(fù)極片右側(cè)對(duì)齊，鎳條末端與極片邊緣平齊。

　　8隔膜尺寸：0.025×44.0×790±5mm

　　9卷針寬度：22.65±0.05mm

　　10壓芯：電池卷繞后，先在電芯底部貼上24mm寬的透明膠紙，再用壓平機(jī)冷壓兩次。

　　11電芯入殼前要求

　　膠紙1：10.0×38.0±1.0mm，膠紙?jiān)陔娦緝蓚?cè)分布均勻;

　　膠紙2：10.0×38.0±1.0mm，鎳條在膠紙中央;

　　膠紙3：24.0×30.0±2.0mm，膠紙?jiān)陔娦緝蓚?cè)分布均勻;

　　鎳條右側(cè)距電芯右側(cè)為7.0±1.0mm。

　　12裝殼

　　裝殼時(shí)應(yīng)用雙手同時(shí)用力，緩緩將電芯裝入電池殼中，禁止劃傷電芯。

　　13負(fù)極極耳焊接

　　負(fù)極鎳條與鋼殼用點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行焊接，要保證焊接強(qiáng)度，禁止虛焊。

　　14激光焊接

　　激光焊接時(shí)應(yīng)仔細(xì)上夾具，電池殼與上蓋配合良好后才能進(jìn)行焊接，注意避免出現(xiàn)焊偏。

　　15電池真空烘烤

　　備注：

　　(1)真空系統(tǒng)的真空度為-0.095~-0.10MPa;

　　(2)保護(hù)氣為高純氮?dú)猓瑲怏w壓力>0.5MPa;

　　(3)每小時(shí)抽一次真空注一次氮?dú)?br/>
　　16注液量：2.9±0.1g

　　注液房相對(duì)濕度：≤30%，溫度：20±5℃封口膠布：6mm寬紅色膠布，粘膠紙時(shí)注意擦凈注液口處的電解液用2道橡皮筋將棉花固定在注液口處。

　　17化成制度

　　(1)開(kāi)口化成工藝

　　a)恒流充電：40mA×4h;80mA×6h

　　電壓限制：4.00V

　　b)全檢電壓，電壓≥3.90V的電池進(jìn)行封口，電壓<3.90V的電池用60mA恒流至3.90~4.00V后封口，再打鋼珠

　　c)電池清洗，清洗劑為醋酸+酒精

　　(2)續(xù)化成制度

　　按程序進(jìn)行續(xù)化成：

　　a)恒流充電(400mA，4.20V，10min)

　　b)休眠(2min)

　　c)恒流充電(400mA，4.20V，100min)

　　d)恒壓充電(4.20V，20mA，150min)

　　e)休眠(30min)

　　f)恒流放電(750mA，2.75V，80min)

　　g)休眠(30min)

　　h)恒流充電(750mA，3.80V，90min)

　　j)恒壓充電(3.80V，20mA，150min)

　　(3)檢測(cè)分容

　　按如下檔次對(duì)電池進(jìn)行分容：

　　電池下柜后全檢電壓，電壓<3.77V的電池采用程序補(bǔ)電：

　　(1)恒流充電(750mA，3.80V，10min)

　　(2)休眠(2min)

　　(3)恒流充電(750mA，3.80V，30min)

　　(4)恒壓充電(3.80V，20mA，60min)

　　18電池復(fù)檢

　　電池下柜分容后在室溫下放置20天進(jìn)行復(fù)檢，步驟如下：

　　a)用整形機(jī)對(duì)電池整形;

　　b)全檢電池厚度、電壓、內(nèi)阻，分類(lèi)方法如下：

　　二、電池制作工藝流程

　　1、(正、負(fù)極)干混→濕混→滾涂膏體在導(dǎo)電基體上→3步干燥→卷繞→切邊(切成一定寬度)→輥壓→卷繞(備用)干混采用球磨,磨球是玻璃球或氧化鋯陶瓷球;

　　濕混采用。行星式拌粉機(jī),其葉片分別裝在2-3個(gè)軸上,混合效果更好。濕混中溶劑數(shù)量要恰當(dāng),形成合適的流變態(tài),以獲得平滑的涂層。滾涂電極膏體要保證一定的粘度,膏體涂于鋁箔或銅箔的兩面,而涂層的厚度取決于電池的型號(hào)。然后再相繼通過(guò)3個(gè)加熱區(qū)進(jìn)行干燥,NMP(或水)從涂層中隨熱空氣或干燥氮?dú)饬鲃?dòng)而揮發(fā),溶劑可以回收再利用。輥壓是為了提高涂層的密度,并使電極厚度能符合電池裝配的尺寸,輥壓階段的壓力要適中,以免卷繞時(shí)粉料散落。

　　2、電池的組裝

　　圓柱電池的裝配工藝流程：絕緣底圈入筒→卷繞電芯入筒→插入芯軸→焊負(fù)極集流片于鋼筒→插入絕緣圈→鋼筒滾線(xiàn)→真空干燥→注液→組合帽(PTC元件等)焊到正極引極上→封口→X射線(xiàn)檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。

　　方形電池裝配工藝流程：絕緣底入鋼盒→片狀組合電芯入筒→負(fù)極集流片焊于鋼盒→上密封墊圈→正極集流片焊于桿引極→組合蓋(PTC元件等)焊到旋引極上→組合蓋定位→激光焊接→真空干燥→注液→密封→X射線(xiàn)檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。

　　裝配工藝說(shuō)明：以圓柱形電池為例(方形電池基本過(guò)程相同)。卷繞芯入筒以前,將鋁條(0.08—0.15㎜厚、3㎜寬)和鎳條(0.04—0.10㎜厚,3㎜寬)分別用超聲波焊接在正、負(fù)極導(dǎo)電基體的指定處作為集流引極。

　　電池隔膜一般采用PE/PP2層或PP/PE/PP3層組成,隔膜都是經(jīng)過(guò)120℃熱處理過(guò)的,以增加其阻止性和提高其安全性。

　　正極、隔膜、負(fù)極3者疊合后卷繞入筒,由于采用涂膏電極,故必須讓膏體材料與基體結(jié)合得好,以形成高密度電極,特別要防止掉粉,以免其穿透隔膜而引起電池內(nèi)部短路。

　　在卷繞電芯插入鋼筒以前,放一個(gè)絕緣底入鋼筒底部是為了防止電池內(nèi)部短路這對(duì)于一般電池都是相同的。

　　電解質(zhì)一般采用LiPF6和非水有機(jī)溶劑,在真空注液以前,電池要真空干燥24/h,以除去電池組分中的水分和潮氣,以免LiPF6與水反應(yīng)形成HF而縮短壽命。

　　電池密封采用涂密封膠、插入墊圈、卷邊加斷面收縮過(guò)程,基本原理與堿性可充電池相同。封口以后,電池要用異丙醇和水的混合液除去油污物和濺出的電解液,然后再干燥。使用一種氣味傳感器或“嗅探器”元件檢查電池漏液情況。

　　整個(gè)電池裝配完成以后,電池要用X射線(xiàn)鑒定電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否正常,對(duì)于電芯不正、鋼殼裂縫、焊點(diǎn)情況、有無(wú)短路等進(jìn)行檢查,排除有上述缺陷的電池,確保電池質(zhì)量。

　　最后一道工序是化成,電池第1次充電,陽(yáng)極上形成保護(hù)膜,稱(chēng)為固體電解質(zhì)中間相層(SEI),它能防止陽(yáng)極與電解質(zhì)反應(yīng),并是電池安全操作、高容量、長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵要素。電池經(jīng)過(guò)幾次充放電循環(huán)以后陳化2—3周,剔去微短路電池,再進(jìn)行容量分選包裝后即成為商品了。

　　三、電池的性能

　　1、電性能：

　　(1)額定容量：0.5C放電，單體電池放電時(shí)間不低于2h，電池組放電時(shí)間不低于1h54min(95%);

　　(2)1C放電容量：1C放電，單體電池放電時(shí)間不低于57min(95%)，電池組放電時(shí)間不低于54min(90%);

　　(3)低溫放電容量：-20?C下0.5C放電，單體或電池組放電時(shí)間均不低于1h12min(60%);

　　(4)高溫放電容量：55?C下0.5C放電，單體電池放電時(shí)間不低于1h54min(95%)，電池組放電時(shí)間不低于1h48min(90%);

　　(5)荷電保持及恢復(fù)能力：滿(mǎn)電常溫下擱置28天，荷電保持放電時(shí)間不低于1h36min(80%)，荷電恢復(fù)放電時(shí)間不低于1h48min(90%);

　　(6)儲(chǔ)存性能：進(jìn)行貯存試驗(yàn)的單體電池或電池組應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足3個(gè)月的，貯存前充50%～60%的容量，在環(huán)境溫度40℃±5?C，相對(duì)濕度45%～75%的環(huán)境貯存90天。貯存期滿(mǎn)后取出電池組，用0.2C充滿(mǎn)電擱置1h后，以0.5C恒流放電至終止電壓,上述試驗(yàn)可重復(fù)測(cè)試3次，放電時(shí)間不低于1h12min(60%);

　　(7)循環(huán)壽命：電池或電池組采用0.2C充電，0.5C放電做循環(huán)，當(dāng)連續(xù)兩次放電容量低于72min(60%)時(shí)停止測(cè)試，單體電池循環(huán)壽命不低于600次，電池組循環(huán)壽命不低于500次;

　　(8)高溫?cái)R置壽命：應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足三個(gè)月的單體電池的進(jìn)行高溫?cái)R置壽命試驗(yàn)，進(jìn)行擱置前應(yīng)充入50%±5%的容量，然后在環(huán)境溫度為55℃±2?C的條下擱置7天。7天后將電池取出，在環(huán)境溫度為20℃±5?C下擱置2～5h。先以0.5C將電池放電至終止電壓，0.5h后按0.2C進(jìn)行充電，靜置0.5h后，再以0.5C恒流放電至終止電壓，以此容量作為恢復(fù)容量。以上步驟為1周循環(huán)，直至某周放電時(shí)間低于72min(60%),試驗(yàn)結(jié)束。擱置壽命不低于56天(8周循環(huán))。

　　2、安全性能

　　(1)持續(xù)充電：將單體電池以0.2ItA恒流充電，當(dāng)單體電池端電壓達(dá)到充電限制電壓時(shí)，改為恒壓充電并保持28d，試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸(相當(dāng)于滿(mǎn)電浮充)。

　　(2)過(guò)充電：將單體電池用恒流穩(wěn)壓源以3C恒流充電，電壓達(dá)到10V后轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池爆炸或起火或充電時(shí)間為90min或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時(shí)停止充電，電池應(yīng)不起火、不爆炸(3C10V);將電池組用穩(wěn)壓源以0.5ItA恒流充電，電壓達(dá)到n×5V(n為串聯(lián)單體電池?cái)?shù))后轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池組爆炸或起火或充電時(shí)間為90min或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時(shí)停止充電，電池應(yīng)不起火、不爆炸。

　　(3)強(qiáng)制放電(反向充電)：將單體電池先以0.2ItA恒流放電至終止電壓，然后以1ItA電流對(duì)電池進(jìn)行反向充電，要求充電時(shí)間不低于90min，電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組其中一只單體電池放電至終止電壓，其余均為充滿(mǎn)電態(tài)的電池，再以1ItA恒流放電至電池組的電壓為0V時(shí)停止放電，電池應(yīng)不起火、不爆炸。

　　(4)短路測(cè)試：將單體電池經(jīng)外部短路90min，或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時(shí)停止短路，外部線(xiàn)路電阻應(yīng)小于50mΩ，電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組的正負(fù)極用小于電阻0.1Ω的銅導(dǎo)線(xiàn)連接直至電池組電壓小于0.2V或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)，電池應(yīng)不起火、不爆炸

　　3、機(jī)械性能

　　(1)擠壓：將單體電池放置在兩個(gè)擠壓平面中間，逐漸增加壓力至13kN，圓柱形電池?cái)D壓方向垂直于圓柱軸的縱軸，方形電池?cái)D壓電池的寬面和窄面。每只電池只能接受一次擠壓。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合4.1.2.1的規(guī)定。在電池組上放一直徑為15cm的鋼棒對(duì)電池組的寬面和窄面擠壓電池組，擠壓至電池組原尺寸的85%，保持5min，每個(gè)電池組只接受一次擠壓。

　　(2)針刺：將單體電池放在一鋼制的夾具中，用φ3mm～φ8mm的鋼釘從垂直于電池極板的方向貫穿(鋼針停留在電池中)，持續(xù)90min，或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃)時(shí)停止試驗(yàn)。

　　(3)重物沖擊：將單體電池放置于一鋼性平面上，用直徑15.8mm的鋼棒平放在電池中心，鋼棒的縱軸平行于平面，讓重量9.1kg的重物從610mm高度自由落到電池中心的鋼棒上;單體電池是圓柱形時(shí)，撞擊方向垂直于圓柱面的縱軸;單體電池是方形時(shí)，要撞擊電池的寬面和窄面，每只電池只能接受一次撞擊。

　　(4)機(jī)械沖擊;將電池或電池組采用剛性固定的方法(該方法能支撐電池或電池組的所有固定表面)將電池或電池組固定在試驗(yàn)設(shè)備上。在三個(gè)互相垂直的方向上各承受一次等值的沖擊。至少要保證一個(gè)方向與電池或電池組的寬面垂直，每次沖擊按下述方法進(jìn)行：在最初的3ms內(nèi)，最小平均加速度為735m/s2，峰值加速度應(yīng)該在1225m/s2和1715m/s2之間。

　　(5)振動(dòng)：將電池或電池組直接安裝或通過(guò)夾具安裝在振動(dòng)臺(tái)面上進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為頻率10Hz～55Hz，加速度29.4m/s2，XYZ每個(gè)方向掃頻循環(huán)次數(shù)為10次，掃頻速率為1oct/min。

　　(6)自由跌落：將單體電池或電池組由高度(最低點(diǎn)高度)為600mm的位置自由跌落到水泥地面上的20mm厚的硬木板上，從XYZ三個(gè)方向各一次。自由跌落結(jié)束后。

　　4、環(huán)境適應(yīng)性

　　(1)高溫烘烤：將單體電池放入高溫防爆箱中，以(5±2?C)/min升溫速率升溫至130℃，在該溫度下保溫10min。

　　(2)高溫儲(chǔ)存：將單體電池或電池組放置在75±2?C的烘箱中擱置48h，電池應(yīng)，應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸。

　　(3)低氣壓：(UL標(biāo)準(zhǔn))。