一、 電極的組成：

1、 正極組成：

a、 鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。

b、 導電劑：提高正極片的導電性，補償正極活性物質(zhì)的電子導電性。

提高正極片的電解液的吸液量，增加反應界面，減少極化。

c、 PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。

d、 正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。

2、 負極組成：

a、 石墨：負極活性物質(zhì)，構成負極反應的主要物質(zhì)；主要分為天然石墨和人造

石墨兩大類。

b、 導電劑：提高負極片的導電性，補償負極活性物質(zhì)的電子導電性。

提高反應深度及利用率。

防止枝晶的產(chǎn)生。

利用導電材料的吸液能力，提高反應界面，減少極化。

（可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加）。

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

d、 水性粘合劑：將石墨、導電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。

e、 負極引線：由銅箔或鎳帶制成。

二、 配料目的：

配料過程實際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起，調(diào)制成漿料，以利于均勻涂布，保證極片的一致性。配料大致包括五個過程，即：原料的預處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。

三、 配料原理：

（一） 、正極配料原理

1、 原料的理化性能。

（1） 鈷酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8 μm，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5-7 μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，PH值為8左右。

（2） 導電劑：非極性物質(zhì)，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值~300，粒徑一般為 2-5 μm；主要有普通碳黑、超導碳黑、石墨乳等，在大批量應用時一般選擇超導碳黑和石墨乳復配；通常為中性。

（3） 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。

（4） NMP：弱極性液體，用來溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料。

2、 原料的預處理

（1） 鈷酸鋰：脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右。

（2） 導電劑：脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時左右。

（3） 粘合劑：脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時左右，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施，直接使用。

3、 原料的摻和：

（1） 粘合劑的溶解（按標準濃度）及熱處理。

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

4、 干粉的分散、浸濕：

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

當潤濕角≤90度，固體浸濕。

當潤濕角＞90度，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容易。

（2） 分散方法對分散的影響：

A、 靜置法（時間長，效果差，但不損傷材料的原有結構）；

B、 攪拌法；自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)（時間短，效果佳，但有可能損傷個別

材料的自身結構）。

1、攪拌槳對分散速度的影響。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、槳型攪拌槳用來對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。

2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高，分散速度越快，但對材料自身結構和對設備的損傷就越大。

3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導致材料的浪費和漿料沉淀的加重。

4、濃度對粘結強度的影響。濃度越大，柔制強度越大，粘接強度

越大；濃度越低，粘接強度越小。

5、真空度對分散速度的影響。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。

6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結皮，太冷漿料的流動性將大打折扣。

5、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

（二）、負極配料原理（大致與正極配料原理相同）

1、 原料的理化性能。

（1） 石墨：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。

（2） 水性粘合劑（SBR）：小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。

（3） 防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。

（4） 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；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結強度。

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；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結強度（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)時可考慮成本因素然后選擇添加哪種）。

（5）去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動性。

2、 原料的預處理：

（1） 石墨：A、混合，使原料均勻化，提高一致性。B、300~400℃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：適當稀釋，提高分散能力。

3、 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濕，再與粘合劑溶液混合。

（3） 應適當降低攪拌濃度，提高分散性。

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

（5） 攪拌過程如加入真空脫氣過程，排除氣體，促進固-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內(nèi)容，在三、（一）、4中有詳細論述，在此不予詳細解釋。

4、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

四、 配料注意事項：

1、 防止混入其它雜質(zhì)；

2、 防止?jié){料飛濺；

3、 漿料的濃度（固含量）應從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩；

4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻；

5、 漿料不宜長時間擱置，以免沉淀或均勻性降低；

6、 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；

7、 攪拌時間的長短以設備性能、材料加入量為主；攪拌槳的使用以漿料分散難度進行更換，無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進行調(diào)整，以免損傷設備；

8、 出料前對漿料進行過篩，除去大顆粒以防涂布時造成斷帶；

9、 對配料人員要加強培訓，確保其掌握專業(yè)知識，以免釀成大禍；

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

鋰離子電池的基本知識

第一節(jié) 鋰離子電池的基本知識

一般而言,鋰離子電池有三部分構成:

1.鋰離子電芯

2.保護電路(PCM)

3.外殼即膠殼

電池的分類

從鋰離子電池與手機配合情況來看,一般分為外置電池和內(nèi)置電池,這種叫法很容易理解,外置電池就是直接裝在手上背面,如: MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列等;而內(nèi)置電池就是裝入手機后,還另有一個外殼把其扣在手機電池內(nèi),如:MOTOROLA 998,8088,NOKIA的大部分機型

1.外置電池

外置電池的封裝形式有超聲波焊接和卡扣兩種:

1.1超聲波焊接

外殼

這種封裝形式的電池外殼均有底面殼之分,材料一般為ABS+PC料,面殼一般噴油處理,代表型號有 :MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列,原裝電池的外殼經(jīng)噴油處理后長期使用一般不會磨花,而一些品牌電池或水貨電池用上幾天外殼噴油就開始脫落了.其原因為:手機電池的外殼較便宜,而噴油處理的成本一般為外殼的幾倍(好一點的),這樣處理一般有三道工序:噴光油(打底),噴油(形成顏色),再噴亮油(順序應該是這樣的,如果我沒記錯的話),而一些廠商為了降低成本就省去了第一和第三道工序,這樣成本就很低了.

超聲波焊塑機

其作用為:

行業(yè)內(nèi)比較好的國產(chǎn)超聲波焊塑機應該是深圳科威信機電公司生產(chǎn)的.

焊接

有了好的超聲波焊塑機不夠的,是否能夠焊接OK,還與外殼的材料和焊塑機參數(shù)設置有很大關系,外殼方面主要與生產(chǎn)廠家的水口料摻雜情況有關,而參數(shù)設置則需自己摸索,由于涉及到公司一些技術資料,在這里不便多講.

1.2卡扣式

卡扣式電池的原理為底面殼設計時形成卡扣式,其一般為一次性,如果卡好后用戶強行折開的話,就無法復原,不過這對于生產(chǎn)廠家來講不是很大的難度(卡好后再折開),其代表型號有:愛立信788,MOTOROLA V66.

2.內(nèi)置電池

內(nèi)置電池的封形式也有兩種,超聲波焊接和包標(使用商標將電池全部包起)

超聲波焊接的電池主要有:NOKIA 8210,8250,8310,7210等.

包標的電池就很多了,如前兩年很滸的MOTO998 ,8088了.

第二節(jié) 鋰離子電芯的基本知識

鋰離子電芯是一種新型的電池能源，它不含金屬鋰，在充放電過程中，只有鋰離子在正負極間往來運動，電極和電解質(zhì)不參與反應。鋰離子電芯的能量容量密度可以達到300Wh/L，重量容量密度可以達到125Wh/L。

一、 電芯原理

鋰離子電芯的反應機理是隨著充放電的進行，鋰離子在正負極之間嵌入脫出，往返穿梭電芯內(nèi)部而沒有金屬鋰的存在，因此鋰離子電芯更加安全穩(wěn)定。其反應示意圖及基本反應式如下所示：

二、 電芯的構造

電芯的正極是LiCoO2加導電劑和粘合劑，涂在鋁箔上形成正極板，負極是層狀石墨加導電劑及粘合劑涂在銅箔基帶上，目前比較先進的負極層狀石墨顆粒已采用納米碳。根據(jù)上述的反應機理，正極采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一種層結構很穩(wěn)定的晶型，但當從LiCoO2拿走XLi后，其結構可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于X的大小。通過研究發(fā)現(xiàn)當X>0.5時Li1-XCoO2的結構表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結。所以電芯在使用過程中應通過限制充電電壓來控制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Li1-XCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。負極C6其本身有自己的特點，當?shù)谝淮位珊螅龢OLiCoO2中的Li被充到負極C6中，當放電時Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負極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留在負極C6中，一般通過限制放電下限電壓來實現(xiàn)。所以鋰電芯的安全充電上限電壓≤4 .2V，放電下限電壓≥2.5V。

三、 電芯的安全性

電芯的安全性與電芯的設計、材料及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)過程的控制等因素密切相關。在電芯的充放電過程中，正負極材料的電極電位均處于動態(tài)變化中，隨著充電電壓的增高，正極材料（LixCoO2）電位不斷上升，嵌鋰的負極材料（LixC6）電位首先下降，然后出現(xiàn)一個較長的電位平臺，當充電電壓過高（ >4.2V）或由于負極活性材料面密度相對于正極材料面密度(C/A)比值不足時,負極材料過度嵌鋰，負極電位則迅速下降，使金屬鋰析出(正常情況下則不會有金屬鋰的的析出)，這樣會對電芯的性能及安全性構成極大的威脅。在材料已定的情況下，C/A太大，則會出現(xiàn)上述結果。相反，C/A太小，容量低，平臺低，循環(huán)特性差。這樣，在生產(chǎn)加工中如何保證設計好的C/A比成了生產(chǎn)加工中的關鍵。所以在生產(chǎn)中應就以下幾個方面進行控制：

1.負極材料的處理

1)將大粒徑及超細粉與所要求的粒徑進行徹底分離，避免了局部電化學反應過度激烈而產(chǎn)生負反應的情況，提高了電芯的安全性。

2）提高材料表面孔隙率，這樣可以提高10%以上的容量，同時在C/A 比不變的情況下，安全性大大提高。處理的結果使負極材料表面與電解液有了更好的相容性，促進了SEI膜的形成及穩(wěn)定上。

2.制漿工藝的控制

1)制漿過程采用先進的工藝方法及特殊的化學試劑，使正負極漿料各組之間的表面張力降到了最低。提高了各組之間的相容性，阻止了材料在攪拌過程“團聚”的現(xiàn)象。

2)涂布時基材料與噴頭的間隙應控制在0.2mm以下，這樣涂出的極板表面光滑無顆粒、凹陷、劃痕等缺陷。

3)漿料應儲存6小時以上，漿料粘度保持穩(wěn)定，漿料內(nèi)部無自聚成團現(xiàn)象。均勻的漿料保證了正負極在基材上分布的均勻性，從而提高了電芯的一致性、安全性。

3.采用先進的極片制造設備

1)可以保證極片質(zhì)量的穩(wěn)定和一致性，大大提高電芯極片均一性，降低了不安全電芯的出現(xiàn)機率。

2)涂布機單片極板上面密度誤差值應小于±2%，極板長度及間隙尺寸誤差應小于2mm。

3)輥壓機的輥軸錐度和徑向跳動應不大于4μm，這樣才能保證極板厚度的一致性。設備應配有完善的吸塵系統(tǒng)，避免因浮塵顆粒而導致的電芯內(nèi)部微短路，從而保證了電芯的自放電性能。

4)分切機應采用切刀為輥刀型的連續(xù)分切設備，這樣切出的極片不存在荷葉邊，毛刺等缺陷。同樣設備應配有完善的吸塵系統(tǒng)，從而保證了電芯的自放電性能。

4.先進的封口技術

目前國內(nèi)外方形鋰離子電芯的封口均采用激光（LASER）熔接封口技術，它是利用YAG棒（釔鋁石榴石）激光諧振腔中受強光源（一般為氮燈）的激勵下發(fā)出一束單一頻率的光（λ=1.06mm）經(jīng)過諧振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦點對準電芯的筒體和蓋板之間，使其熔化后親合為一體，以達到蓋板與筒體的密封熔合的目的。為了達到密封焊，必須掌握以下幾個要素：

1)必須有能量大、頻率高、聚焦性能好、跟蹤精度高的激光焊機。

2)必須有配合精度高的適用于激光焊的電芯外殼及蓋板。

3)必須有高統(tǒng)一純度的氮氣保護，特別是鋁殼電芯要求氮氣純度高，否則鋁殼表面就會產(chǎn)生難以熔化的Al2O3（其熔點為2400℃）。

四、電芯膨脹原因及控制

鋰離子電芯在制造和使用過程中往往會有腫脹現(xiàn)象，經(jīng)過分析與研究，發(fā)現(xiàn)主要有以下兩方面原因：

1鋰離子嵌入帶來的厚度變化

電芯充電時鋰離子從正極脫出嵌入負極，引起負極層間距增大，而出現(xiàn)膨脹，一般而言，電芯越厚，其膨脹量越大。

2． 工藝控制不力引起的膨脹

在制造過程中，如漿料分散、C/A比離散性、溫度控制都會直接影響電芯電芯的膨脹程度。特別是水，因為充電形成的高活性鋰碳化合物對水非常 敏感，從而發(fā)生激烈的化學反應。反應產(chǎn)生的氣體造成電芯內(nèi)壓升高，增加了電芯的膨脹行為。所以在生產(chǎn)中，除了應對極板嚴格除濕外，在注液過程中更應采用除濕設備，保證空氣的干燥度為HR2%，露點（大氣中的濕空氣由于溫度下降,使所含的水蒸氣達到飽和狀態(tài)而開始凝結時的溫度）小于-40℃。在非常干燥的條件下，并采取真空注液，極大地降低了極板和電解液的吸水機率。

五、鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較

鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優(yōu)勢，以下是不同的壓力實驗：

注：壓力是電芯壓力為電芯內(nèi)部之壓力（單位：Kg），表內(nèi)數(shù)據(jù)為電芯之厚度(單位：mm)由此可見鋼殼對內(nèi)壓反映十分遲鈍，而鋁殼對內(nèi)壓反應卻十分敏銳。因此從厚度上就基本能判斷出電芯的內(nèi)壓，而鋼殼電芯往往隱含著內(nèi)壓帶來的不安全隱患。其中鋼殼電芯型號為063448。

第三節(jié) 鋰離子電池保護線路(PCM)

由第二節(jié)鋰離子電芯的知識我們可以看出,鋰離子電池至少需要三重保護-----過充電保護,過放電保護,短路保護,那么就應而產(chǎn)生了其保護線路,那么這個保護線路針對以上三個保護要求而言:

過充電保護: 過充電保護 IC 的原理為：當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時，保護 IC 需檢測電池電壓，當?shù)竭_ 4.25V 時（假設電池過充點為 4.25V）即啟動過度充電保護，將功率 MOS 由開轉(zhuǎn)為切斷，進而截止充電。

過放電保護: 過放電保護 IC 原理：為了防止鋰電池的過放電，假設鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測點（假定為 2.5V）時將啟動過放電保護，使功率 MOSFET 由開轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免電池過放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式，此時的電流僅 0.1uA。 當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過度放電電壓時，過度放電保護功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測電路設有延遲時間以避免產(chǎn)生誤動作。

過放電保護及過充電保護IC主要生產(chǎn)廠家有:美上美(MITSUMI),精工,臺灣富晶(DW01,FS301,302),理光,MOTOROLA等封裝形式主要為SOT26,SOT6

過電流及短路電流

因為不明原因（放電時或正負極遭金屬物誤觸）造成過電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。 過電流保護 IC 原理為，當放電電流過大或短路情況產(chǎn)生時，保護 IC 將啟動過（短路）電流保護，此時過電流的檢測是將功率 MOSFET 的 Rds(on) 當成感應阻抗用以監(jiān)測其電壓的下降情形，如果比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電，運算公式為:

V- = I × Rds(on) × 2（V- 為過電流檢測電壓，I 為放電電流）。

假設 V- = 0.2V，Rds(on) = 25mΩ，則保護電流的大小為 I = 4A。

同樣地，過電流檢測也必須設有延遲時間以防有突發(fā)電流流入時產(chǎn)生誤動作。

通常在過電流產(chǎn)生后，若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離)，將會恢復其正常狀態(tài)，可以再進行正常的充放電動作。