關(guān)于鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-19 16:18
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1.正負(fù)極配方
1.1正極配方（LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔）正極）
LiCoO2(10μm):93.5%
其它：6.5%
如Super-P:4.0%
PVDF761:2.5%
NMP（增加粘結(jié)性）:固體物質(zhì)的重量比約為810:1496
a)正極黏度控制6000cps(溫度25轉(zhuǎn)子3)；
b)NMP重量須適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜；
c)特別注意溫度濕度對(duì)黏度的影響
l 鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。
鈷酸鋰：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。
l 導(dǎo)電劑：提高正極片的導(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。
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(dǎo)碳黑、石墨乳等，在大批量應(yīng)用時(shí)一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配；通常為中性。
l PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。
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。
l NMP：弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。
l 正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。
1.2負(fù)極配方（石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體（銅箔）負(fù)極）
負(fù)極材料：94.5%
Super-P:1.0%
SBR:2.25%
CMC:2.25%
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)極混料
★ 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。
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：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。
提高反應(yīng)深度及利用率。
防止枝晶的產(chǎn)生。
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。
小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。
增稠劑/防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。
★負(fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。
去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。
2.1正極混料
l 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。
l 干粉的分散、浸濕：
（1）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度，固體浸濕。
當(dāng)潤(rùn)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(duì)容易。
（2）分散方法對(duì)分散的影響：
A、靜置法（時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu)）；
B、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)）。
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
l 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。
2.1.1原料的預(yù)處理
（1） 鈷酸鋰：脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。
（2） 導(dǎo)電劑：脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。
（3） 粘合劑：脫水。一般用120-140 oC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
a）將LiCoO2 Super-P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；
b）4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨；
2.1.3操作步驟
a) 將NMP倒入動(dòng)力混合機(jī)（100L）至80℃,稱取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℃；
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。
2.1.4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℃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，提高分散能力。
★ 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
★ 稀釋：將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。
2.2.2物料球磨
a）將負(fù)極和Super-P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；
b）4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨；
2.2.3操作步驟
a) 純凈水加熱至至80℃倒入動(dòng)力混合機(jī)（2L）
b)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；
c) 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；
d) 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；
e) 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；
f) 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
g) 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℃；
h) 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。
2.2.4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。
★ 配料注意事項(xiàng)：
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(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩；
4、在攪拌的間歇過(guò)程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻；
5、漿料不宜長(zhǎng)時(shí)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(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；
8、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；
9、對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專業(yè)知識(shí)，以免釀成大禍；
10、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。
3.電池的制作
3.1 極片尺寸
3.2 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
電極 第一面雙面 重量（g） 面密度（mg/cm2） 重量（g）面密度（mg/cm2）
…
3.3 裁片
a) 正極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱片（配片） 烘烤 軋片 極耳焊接
b) 負(fù)極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱片（配片） 烘烤 軋片 極耳焊接
3.4軋片要求
電極
壓片后厚度（mm）
壓片后長(zhǎng)度（mm）
正極
0.125-0.145
362-365
負(fù)極
0.125-0.145
400-403
3.5配片方案
序號(hào)
正極重量（克）
負(fù)極重量（克）
備注
1
5.49-6.01
2.83-2.86
正極可以和重1-2個(gè)檔次的負(fù)極進(jìn)行配片
2
6.02-6.09
2.87-2.90
3
6.10-6.17
2.91-2.94
4
6.18-6.25
2.95-2.98
5
6.26-6.33
2.99-3.01
6
6.34-6.41
3.02-3.05
3.6極片烘烤
電極
溫度
時(shí)間（小時(shí)）
真空度
正極
120±5
6-10
≦-0.09Mpa
負(fù)極
110±5
6-10
≦-0.09Mpa
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)?，氣體氣壓大于0.5Mpa
3.7極耳制作
正極極耳 上蓋組合 超聲波焊接
鋁條邊緣與極片邊緣平齊
負(fù)極 鎳條直接用點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊，要求點(diǎn)焊數(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
3.8隔膜尺寸
3.9卷針寬度
3.10壓芯
電池卷繞后，先在電芯底部貼上24mm的通明膠帶，再用壓平機(jī)冷壓2次；
3.11電芯入殼前要求
膠紙 鎳條。。。。
3.12裝殼
3.13負(fù)極極耳焊接
負(fù)極鎳條與鋼殼用點(diǎn)焊機(jī)焊接，要保證焊接強(qiáng)度，禁止虛焊
3.14激光焊接
仔細(xì)上號(hào)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
3.15電池真空烘烤
溫度
時(shí)間
真空度
80±5℃
16-22小時(shí)
≦-0.05Mpa
備注：
a) 真空系統(tǒng)的真空度為-0.095~0.10Mpa
b) 保護(hù)氣為高純氮?dú)?，氣體氣壓大于0.5Mpa
c) 每小時(shí)抽一次真空注一次氮?dú)猓?/div>
3.16 注液量：2.9±0.1g
注液房相對(duì)濕度：小于30%
溫度：20±5℃
封口膠布：寬紅色膠布。粘膠布時(shí)注意擦凈注液口的電解液
用2道橡皮筋將棉花固定在注液口處
3.17 化成制度
3.17.1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，電壓大于3.90V的電池進(jìn)行封口，電壓小于3.90V的電池接著用60mA恒流至3.90-4.00后封口，再打鋼珠；
c) 電池清洗，清洗劑為醋酸+酒精
3.17.2續(xù)化成制度
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）
i) 恒壓充電（3.80V，20mA，150min）
4．包裝與儲(chǔ)存鋰電池充電電路的設(shè)計(jì)
這里選擇了芯片TP4056為例子。根據(jù)所接電阻不同可以控制充電最大電流。可以設(shè)計(jì)充電指示燈，可以設(shè)計(jì)充電溫度即多少到多少度之間進(jìn)行充電。
充電保護(hù)電路，選擇芯片DW01 和GTT8205的組合，可以做到短路保護(hù)，過(guò)充過(guò)放電的保護(hù)。
該電路主要由鋰電池保護(hù)專用集成電路DW01，充、放電控制MOSFET1(內(nèi)含兩只N溝道MOSFET)等部分組成，單體鋰電池接在B+和B-之間，電池組從P+和P-輸出電壓。充電時(shí)，充電器輸出電壓接在P+和P-之間，電流從P+到單體電池的B+和B-，再經(jīng)過(guò)充電控制MOSFET到P-。在充電過(guò)程中，當(dāng)單體電池的電壓超過(guò)4.35V時(shí)，專用集成電路DW01的OC腳輸出信號(hào)使充電控制MOSFET關(guān)斷，鋰電池立即停止充電，從而防止鋰電池因過(guò)充電而損壞。放電過(guò)程中，當(dāng)單體電池的電壓降到2.30V時(shí)，DW01的OD腳輸出信號(hào)使放電控制MOSFET關(guān)斷，鋰電池立即停止放電，從而防止鋰電池因過(guò)放電而損壞，DW01的CS腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制MOSFET的導(dǎo)通壓降劇增，CS腳電壓迅速升高，DW01輸出信號(hào)使充放電控制MOSFET迅速關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)電流或短路保護(hù)。
