由于鋰離子電池解決了電能的一個(gè)非常重要的問題——便攜式，并且對(duì)環(huán)境非常友好，它被廣泛應(yīng)用于許多需要充電的便攜式設(shè)備，如手機(jī)、電腦、相機(jī)、電動(dòng)汽車、充電寶等。您可以在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫膸缀跛须娮釉O(shè)備中找到它。雖然鋰離子電池很常見，但大多數(shù)人對(duì)其結(jié)構(gòu)和原理了解不多。因此，本文將對(duì)鋰離子電池的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行專業(yè)的講解，閱讀后，您將對(duì)鋰電池有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。

 

1鋰離子電池的基本原理

以鋰鈷石墨系統(tǒng)為例：

陽極發(fā)生了什么

LiCo02=Li1-xCo02+xLi++xe–（電子）

陰極發(fā)生了什么

6C+xLi++xe–（電子）=LixC6

 

2鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)

 

2.1鋰離子電池陽極結(jié)構(gòu)

活性物質(zhì)+導(dǎo)電劑+粘合劑+集電體（鋁箔）

2.2正極結(jié)構(gòu)鋰離子電池

活性物質(zhì)+導(dǎo)電劑+增稠劑+粘合劑+集電體（銅箔）

2.3隔板結(jié)構(gòu)鋰離子電池

聚烯烴隔板的結(jié)構(gòu)與特性

 

 

3各工序控制點(diǎn)

3.1混合：

工作流程內(nèi)容：

陽極（陰極）漿料的制備，是一種包括陽極（正極）活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑和其他陽極（負(fù)極）物質(zhì)的材料的混合過程。具體而言，混合是將電池材料和輔助材料的活性材料置于溶劑中高度分散，形成牛頓型高粘度流體，然后確?；钚晕镔|(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑和其他添加劑充分混合、均勻分布的過程。

控制點(diǎn)：

（1） 原材料應(yīng)滿足工藝要求，如材料類型和型號(hào)、每個(gè)部件的數(shù)量；

（2） 正極不能帶水；

（3） 注意干燥設(shè)備，控制室內(nèi)濕度；

（4） PVDF溶解過程相對(duì)緩慢，PVDF應(yīng)在制漿前溶解在NMP中，CMC也是一種困難的溶液，CMC應(yīng)在制漿之前溶解在水中；PVDF和CMC應(yīng)充分溶解并均勻分散。如果存在顆粒粘合劑或增稠劑，則必須增加混合時(shí)間或改變混合過程。

（5） 加入導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)后，漿料應(yīng)均勻，無團(tuán)聚顆粒，并應(yīng)去除漿料中的氣泡，陽極粘度：4000-10000mpa.s，陰極粘度：1500mpa.s。漿料粘度和固體含量對(duì)涂覆過程有重要影響。

固體含量測(cè)試方法：

固體含量=固化后的漿料質(zhì)量/漿料質(zhì)量*100%

 

3.2涂層和干燥：

工作流程內(nèi)容：

涂覆過程是將漿料涂覆到集電體上，干燥是去除漿料中的所有溶劑。鋰電池電極涂層與普通涂層明顯不同：漿料濕涂層較厚，漿料為牛頓型高粘度流體，流體流動(dòng)需要剪切應(yīng)力，隨流速的變化而變化。涂層厚度的調(diào)整很難按照標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行，這也是涂層機(jī)過程中的難點(diǎn)。它需要高度的操作員熟練程度和經(jīng)驗(yàn)。極片涂層的精度非常高，厚度偏差約為±3um，因此對(duì)設(shè)備的要求非常高。

控制點(diǎn)：

（1） 為了盡可能保證涂層的一致性，操作時(shí)應(yīng)注意漿料粘度的變化、料斗上液位高度的變化、涂層速度的變化；

（2） 鋁箔上的薄層漿料在烘箱中干燥，去除NMP溶劑（NMP沸點(diǎn)202℃，閃點(diǎn)95℃）。干燥過慢，涂層表面有流動(dòng)性，厚度不穩(wěn)定，干燥過快，表面形成PVDF膜，內(nèi)部NMP溶劑揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致表層起皺現(xiàn)象。為了確保NMP的均勻蒸發(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)極如為水系統(tǒng)，干燥溫度一般為75-90℃；而干燥過程中NMP揮發(fā)，涂料漿料成分不斷變化，所以NMP溶劑制備漿料的用量、加熱方法和加熱時(shí)間，都有影響；

（3） 加熱溫度或時(shí)間不夠，難以去除漿料中的液體，使部分粘合劑溶解，導(dǎo)致活性物質(zhì)剝落；加熱溫度過高，粘合劑結(jié)晶，也會(huì)使活性物質(zhì)剝落，導(dǎo)致電池短路。此外，干燥溫度和干燥時(shí)間不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致鋁箔氧化和濕極

（4） 涂層和干燥前三次要做厚度、質(zhì)量、尺寸是否符合要求，并定期檢查相應(yīng)的制漿速度、烘烤時(shí)間、間隙等。

 

 

條紋和深色條紋的解釋：

暗痕是由于涂裝時(shí)極靴表面部分厚度不均勻，呈現(xiàn)色差和暗痕外觀。厚度不均勻的原因可能是：（1）在制漿過程中，存在異物或葉片表面不均勻（存在間隙），導(dǎo)致極片表面厚度不均勻；（2） 滾筒壓榨前后的線性痕跡：更多的原因是刀片沒有打開谷物，或者有少量干燥的漿料粘在刀片上。

 

3.3壓延和切片

工作流程內(nèi)容：

一方面，電極片可以被壓實(shí)以增加電極片的比容量，使得活性物質(zhì)可以與導(dǎo)電劑和集電體充分接觸，這有利于活性物質(zhì)的電化學(xué)性能。另一方面，軋制后，極靴強(qiáng)度提高，光潔度提高，有利于后續(xù)加工，減少損耗。

控制點(diǎn)：

（1） 軋制時(shí)注意厚度要求；

（2） 壓制時(shí)應(yīng)注意氣泡、材料、桿變形、波浪邊緣等。；

（3） 滾筒直徑越大越好；

（4） 磁極片切割尺寸符合工藝要求，無材料脫落，無波浪邊，毛刺符合工藝要求；

 

3.4極靴

控制點(diǎn)：

（1） 無粉末，波狀邊緣；

（2） 極靴尺寸符合工藝要求；

（3） 粘貼和電極凸耳焊接符合要求；

（4） 毛刺符合工藝要求。

 

3.5滾入殼點(diǎn)底部焊接坡口

遵循陰極覆蓋陽極原則，有以下控制點(diǎn)：

（1） 纏繞頭尾，陰極極超過陽極極5mm以上；

（2） 電極邊緣的陰極電極覆蓋陽極電極（X射線檢測(cè)）

（3） 點(diǎn)底焊接符合工藝要求——焊接張力，不是虛擬焊接，而是焊接。

（4） 滾動(dòng)槽符合工藝尺寸，無涂層損失等外觀問題，無翹曲墊片現(xiàn)象。

 

3.6烘烤液注入

所有控制點(diǎn)的主要目的：濕度控制！

水分不合格的后果：CID周轉(zhuǎn)后電池組分容量低，電池容量低，壓力低，循環(huán)不良等。

此外：液體注入量也是一個(gè)重要的控制點(diǎn)。

 

3.7密封

控制點(diǎn)：

（1） 滿足密封工藝尺寸；

（2） 氣密性符合要求；

（3） 無外觀問題。

 

3.8地層和容量分級(jí)

成型：根據(jù)工藝要求設(shè)置工作步驟，小電流放電，最終電壓不高于3.7V；

產(chǎn)能分級(jí)：根據(jù)工藝要求設(shè)置產(chǎn)能分級(jí)步驟；

PS：溫度對(duì)形成和容量有很大影響，因此車間溫度應(yīng)得到控制。

形成目的：

（1） 活化陽極和陰極材料；

（2） 陽極形成SE膜。

成膜反應(yīng)一般為：電壓<1.2V

當(dāng)電壓低于2.5V時(shí)，主要產(chǎn)生H2和C02；當(dāng)電壓高于3.0V時(shí)，EC、EMC和DMC分解并產(chǎn)生其他烷烴氣體。電池在3.0-3.5V時(shí)產(chǎn)生最多的氣體；在3.5V之后基本上生成SEI膜；當(dāng)電壓高于3.8V時(shí)，DMC和EMC分解并產(chǎn)生最多的氣體。

 

4鋰離子電池的基本概念

電壓：電壓3.0-4.2/2.5-4.2（單位：V）當(dāng)電器工作時(shí)，放電時(shí)電壓持續(xù)下降。平臺(tái)電壓是指占整個(gè)放電時(shí)間大部分的電壓。一般標(biāo)稱電壓是平臺(tái)電壓的中心電壓。在該電壓附近，充電和放電時(shí)電壓變化緩慢。

內(nèi)阻：鐵芯本身的電化學(xué)阻抗，包括歐姆電阻和核化學(xué)電阻。在大電流下放電時(shí)，內(nèi)阻對(duì)放電特性有特別顯著的影響（單位：mΩ）。

容量：指在一定放電條件下，電池可獲得的電量，即隨時(shí)間變化的電流（單位：mAh或Ah）。

速率：以標(biāo)稱容量的倍數(shù)表示電池的放電容量。

循環(huán)：指二次電池根據(jù)某一系統(tǒng)進(jìn)行充電和放電，其性能下降到一定程度的循環(huán)時(shí)間。

儲(chǔ)存性能：儲(chǔ)存一段時(shí)間后，由于某些因素的影響，電池性能會(huì)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：指電池在一定的放電系統(tǒng)下，其工作電壓穩(wěn)定性、電壓平臺(tái)和大電流放電性能，它顯示了電池產(chǎn)生負(fù)載的能力。