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锂电18650基基础及各工序要点培及各工序要点培训2014/3/261主要内容主要内容1.锂离子离子电池基本原理池基本原理2.锂离子离子电池的基本构造池的基本构造3.锂离子离子电池各工池各工艺要点要点4.锂离子离子电池基本概念池基本概念21.锂离子离子电池基本原理池基本原理31.锂离子离子电池基本原理池基本原理41.锂离子离子电池基本原理池基本原理以以钴酸酸锂-石墨体系石墨体系为例：例：正极上正极上发生的反生的反应为 LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe-电子子负极上极上发生的反生的反应为 6C+xLi+xe-电子子=LixC6 51.锂离子离子电池基本原理池基本原理以以钴酸酸锂-石墨体系石墨体系为例：例：正极上正极上发生的反生的反应为 LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe-电子子负极上极上发生的反生的反应为 6C+xLi+xe-电子子=LixC6 62.锂离子离子电池基本构造池基本构造72.锂离子离子电池基本构造池基本构造2.1 正极构造正极构造活性物活性物质质+导电剂导电剂+粘粘结剂结剂+集流体集流体 铝铝箔箔K-tech正极配方：正极配方：组分分材料材料配比配比活性物活性物质三元（三元（LiCo1-x-yNixMnyO2）93.5%-96.5%导电剂导电碳黑（碳黑（sp）、）、导电石石墨（墨（ks-6）1.5%-4%粘粘结剂聚偏氟乙聚偏氟乙烯（PVDF）2.0%-2.5%集流体集流体铝箔箔-82.锂离子离子电池基本构造池基本构造2.2 负负极构造极构造活性物活性物质质+导电剂导电剂+增稠增稠剂剂+粘粘结剂结剂+集流体集流体 铜铜箔箔K-tech负负极配方：极配方：组分材料配比活性物活性物质人造石墨（人造石墨（C）93.5%-95.6%导电剂导电碳黑（碳黑（sp）、）、导电石石墨（墨（ks-6）1.0%-2.5%增稠增稠剂羧甲基甲基纤维素素钠（CMC）1.3%-1.5%粘粘结剂丁苯橡胶乳液（丁苯橡胶乳液（SBR）2.1%-2.5%集流体集流体铜箔箔-92.锂离子离子电池基本构造池基本构造2.3 隔膜构造隔膜构造聚聚烯烃隔膜的隔膜的结构及特点构及特点结构构单层、双、双层单层、双、双层三三层材料材料PP PE PP/PE/PP 生生产方法方法干法干法干法、湿法干法、湿法干法干法优点点耐耐热性好、透性好、透过性好性好机械机械强度高低温度高低温闭孔孔(130 左右左右)综合了合了PP、PE 膜膜优点，机点，机械械强度好，度好，安全性更高安全性更高缺点缺点安全关断温度安全关断温度(闭孔温度孔温度140）高于高于PE 耐高温性能不如耐高温性能不如PP 高温透高温透过性差性差应用范用范围数数码电池、池、动力力电池池数数码电池池数数码电池池102.锂离子离子电池基本构造池基本构造干法干法单拉隔膜拉隔膜112.锂离子离子电池基本构造池基本构造湿法隔膜湿法隔膜122.锂离子离子电池基本构造池基本构造2.4 盖帽构造133.各工序控制要点各工序控制要点143.各工序控制要点各工序控制要点3.1 配料合配料合浆浆：正正 负负极极浆浆料配制料配制,是将正是将正 负负极活性物极活性物质质、导电剂导电剂、粘、粘结结剂剂等正等正 负负极物极物质质混合在一起的混料混合在一起的混料过过程程,混料是吧混料是吧电电池池活性物活性物质质材料和材料和辅辅料料,在溶在溶剂剂中中进进行高度分散形成牛行高度分散形成牛顿顿型型高粘度流体高粘度流体,达到将活性物达到将活性物质质、导电剂导电剂、粘、粘结剂结剂及其它添及其它添加加剂剂充分混合充分混合,均匀分散的目的。均匀分散的目的。153.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点1原料要符合工原料要符合工艺要求要求,如材料种如材料种类型号型号,各各组分的分的加入量；加入量；2正极不能正极不能带入水分；入水分；3设备注意干燥注意干燥,控制室内湿度；控制室内湿度；4PVDF溶解溶解过程比程比较缓慢慢,制制浆前需提前溶解前需提前溶解PVDF于于NMP中中,CMC也是也是较难溶液溶液,制制浆前需提前溶解前需提前溶解CMC于水中；于水中；PVDF和和CMC要充分溶解要充分溶解,分散均匀分散均匀,如如果存在果存在颗粒的粘粒的粘结剂或增稠或增稠剂必必须增加增加搅拌拌时间或或者更改者更改搅拌工拌工艺；5加入加入导电剂和活性物和活性物质后后,浆料料应均匀一致均匀一致,没有没有团聚的聚的颗粒粒,并且并且浆料中气泡料中气泡应除尽除尽,正极粘度：正极粘度：4000-10000mpa.s,负极粘度：极粘度：1500mpa.s,浆料粘度和料粘度和固含量固含量对涂涂浆工工艺影响至关重要。影响至关重要。163.各工序控制要点各工序控制要点固含量固含量测试方法：方法：固含量固含量=固化后固化后浆料料质量量/浆料料质量量*100%173.各工序控制要点各工序控制要点3.2 涂涂浆浆 布与干燥：布与干燥：涂布涂布过过程是把程是把浆浆料涂敷到集流体上料涂敷到集流体上,干燥是将干燥是将浆浆料中溶料中溶剂剂全部除去。全部除去。锂电锂电池极片涂布池极片涂布时时,与与一般的涂料涂布明一般的涂料涂布明显显不同：不同：浆浆料湿涂料湿涂层较层较厚厚,浆浆料料为为牛牛顿顿型高粘度流体型高粘度流体,流体流流体流动动是所需剪是所需剪应应力力,随流速的改随流速的改变变而改而改变变。涂布厚度的。涂布厚度的调调整整很很难难根据一个根据一个标标准的方式准的方式进进行行,这这也是涂布机也是涂布机涂布涂布过过程中的程中的难难点。它点。它对对操作者的熟操作者的熟练练程度、程度、经验经验要求很高。极片涂布的准确度要求很高要求很高。极片涂布的准确度要求很高,厚度偏差厚度偏差约约3um,因此因此对设备对设备要求很高。要求很高。183.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点1要尽可能保要尽可能保证涂布的一致性涂布的一致性,操作操作时应注意注意浆料粘度的料粘度的变化、料斗上液面高度的化、料斗上液面高度的变化、涂化、涂布速度的布速度的变化；化；2铝箔上箔上浆料薄料薄层进入烤箱干燥入烤箱干燥,除去除去NMP溶溶剂NMP沸点沸点202,闪点点95。干燥。干燥过慢慢,涂涂层表面有流表面有流动性性,厚度不厚度不稳定定,干燥干燥过快快,表面形成表面形成PVDF膜膜层,内部的内部的NMP溶溶剂挥发会造成表面会造成表面层起起皱现象象,为保保证NMP均匀蒸均匀蒸发,通常采用分段通常采用分段干燥干燥,中中间段温度最高。正极一般段温度最高。正极一般为100-130,负极若采用水性体系极若采用水性体系,干燥温度一般干燥温度一般为75-90；还有干燥有干燥过程程NMP挥发,涂布涂布浆料的料的组成不成不断断变化化,所以配制所以配制浆料的料的NMP溶溶剂的量、升温的量、升温方式和加方式和加热时间,对此都有影响；此都有影响；3加加热温度或温度或时间不不够,难以除去以除去浆料中的液料中的液体体,使部分粘使部分粘结剂溶解溶解,造成活性物造成活性物质剥落；加剥落；加热温度温度过高高,则粘粘结剂发生晶化生晶化,也会使活性物也会使活性物质剥落剥落,从而造成从而造成电芯内短路。另外芯内短路。另外,干燥温度干燥温度和烘干和烘干时间不合适不合适还会造成会造成铝箔氧化和极片偏箔氧化和极片偏湿；湿；4涂布和干燥要做到首件三涂布和干燥要做到首件三检-厚度、厚度、质量、量、尺寸符合要求尺寸符合要求,并定并定时检验对应的拉的拉浆速度、速度、烘烤烘烤时间、间隙等。隙等。193.各工序控制要点各工序控制要点关于条痕暗痕的解关于条痕暗痕的解释：暗痕是由于涂布暗痕是由于涂布时,极片表面部分厚度不均极片表面部分厚度不均,出出现色差色差,显示外示外观为暗痕。厚度不均的原因可暗痕。厚度不均的原因可能是能是1在拉在拉浆过程中因刀口有异物或刀口表程中因刀口有异物或刀口表面不平整有豁口面不平整有豁口,造成极片表面厚度不均匀造成极片表面厚度不均匀的的现象；象；2在在辊压前或前或辊压后出后出现的呈的呈线状状的痕迹。多因刀口未打开的的痕迹。多因刀口未打开的颗粒粒,或有小的干或有小的干浆料卡在刀口上所致。料卡在刀口上所致。203.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的SEM图：213.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的SEM图：223.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的SEM图：233.各工序控制要点各工序控制要点3.3 压压光与切片光与切片极片极片经过压实经过压实,一方面可以增加极片的比容量一方面可以增加极片的比容量,使活性物使活性物质质欲欲导电剂导电剂、集流体充分接触、集流体充分接触,有利有利于活性物于活性物质电质电化学性能充分化学性能充分发挥发挥；另一方面；另一方面,滚压滚压后极片后极片强强度提高度提高,光光洁洁度增大度增大,有利于后有利于后续续工工艺艺加工加工,减少减少损损耗。耗。243.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点1滚压应注意厚度符合工注意厚度符合工艺要求；要求；2压片片时应注意气泡、掉料、极片注意气泡、掉料、极片变形、波形、波浪浪边等；等；3对辊机机辊径越大越好；径越大越好；4极片分切尺寸极片分切尺寸规格符合工格符合工艺要求要求,不掉料、不掉料、无波浪无波浪边,毛刺符合工毛刺符合工艺要求；要求；253.各工序控制要点各工序控制要点3.4 极片极片263.各工序控制要点各工序控制要点273.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点1无掉粉无掉粉,波浪波浪边；2极片尺寸符合工极片尺寸符合工艺要求；要求；3贴胶及极耳胶及极耳焊接符合要求；接符合要求；4毛刺符合工毛刺符合工艺要求。要求。283.各工序控制要点各工序控制要点3.5 卷卷绕绕入壳点底入壳点底焊滚焊滚槽槽遵循遵循负负极包住正极原极包住正极原则则有以下控制点：有以下控制点：1卷卷绕头绕头部尾部部尾部,负负极超出正极极超出正极5mm以上；以上；2极片极片边缘负边缘负极包住正极极包住正极 X-ray检测检测。PS:测试电测试电芯是否内部短路芯是否内部短路,公司有哪几公司有哪几项项措施措施？3点底点底焊焊符合工符合工艺艺要求要求-焊焊接拉力接拉力,不虚不虚焊焊,不不过焊过焊。4滚滚槽符合工槽符合工艺艺尺寸尺寸,无掉无掉镀层镀层等外等外观问题观问题,无无翘翘垫垫片片现现象。象。293.各工序控制要点各工序控制要点内部短路内部短路问题:303.各工序控制要点各工序控制要点313.各工序控制要点各工序控制要点323.各工序控制要点各工序控制要点3.6 烘烤注液烘烤注液所有的控制点最主要的目的：水分控制！所有的控制点最主要的目的：水分控制！水分不合格的后果：水分不合格的后果：电芯化成分容后芯化成分容后CID翻翻转、电芯低容低芯低容低压、循、循环差等等差等等问题。此外：此外：电芯注液量也是重要控制点。芯注液量也是重要控制点。333.各工序控制要点各工序控制要点3.7 封口封口控制点：控制点：1满满足封口工足封口工艺艺尺寸；尺寸；2气密性气密性满满足要求；足要求；3无外无外观问题观问题。343.各工序控制要点各工序控制要点3.8 化成分容化成分容化成：根据工化成：根据工艺艺要求要求设设置工步置工步,小小电电流放流放电电,最最终电压终电压不高于不高于3.7V；分容：根据工分容：根据工艺艺要求要求设设置分容工步；置分容工步；PS：温度：温度对对化成和容量的影响化成和容量的影响较较大大,所以要控制所以要控制车间车间温度。温度。353.各工序控制要点各工序控制要点化成目的：化成目的：1激活正激活正负极材料；极材料；2负极形成极形成SEI膜。膜。成膜反成膜反应一般在：一般在：电压1.2V电压2.5V,主要是主要是H2和和CO2产生生,电压3.0V,EC、EMC、DMC分解分解,产生其它生其它烷烃类气气体体,电芯芯产气最多气最多,3.5V后后SEI膜基本生成膜基本生成,电压3.8V,DMC和和EMC分解分解产气气为主。主。364.锂离子离子电池基本概念池基本概念电压：电器工作器工作时的的电压3.0-4.2/2.5-4.2,放放电时,电压不停下降不停下降,平台平台电压指占整个放指占整个放电时间的的绝大部分的那段大部分的那段电压,一般一般标称称电压是是平台平台电压的中心的中心电压,在此在此电压附近附近,充充电和放和放电时电压变化都很慢。化都很慢。内阻：内阻：电芯本身的芯本身的电化学阻抗化学阻抗,包括欧姆包括欧姆电阻核阻核电化学化学电阻阻,大大电流放流放电时,内阻内阻对放放电特性的影特性的影响尤响尤为明明显单位：位：m。容量：指在一定放容量：指在一定放电条件下条件下,可以从可以从电池池获得的得的电量量,即即电流流对时间的的积分分。倍率：指倍率：指电芯按照芯按照标称容量的倍数放称容量的倍数放电下下,其放其放电能力的表述。能力的表述。374.锂离子离子电池基本概念池基本概念循循环：指二次：指二次电池按照一定的制度池按照一定的制度进行充放行充放电,其性能衰其性能衰减到某一程度减到某一程度时的循的循环次数。次数。存存储性能：性能：贮存性能。存性能。电池池贮存一段存一段时间后后,会因某些因会因某些因素的影响使性能素的影响使性能发生生变化化,导致致电池自放池自放电,电解液泄漏解液泄漏,电池短路等。池短路等。放放电特性：是指特性：是指电池在一定的放池在一定的放电制度下制度下,其工作其工作电压的的平平稳性性,电压平台的高低以及大平台的高低以及大电流放流放电性能等性能等,它表明它表明电池代池代负载的能力。的能力。384.锂离子离子电池基本概念池基本概念IEC61960 规规定定,圆圆柱形和方形柱形和方形电电池的池的规规则则如下：如下：圆圆柱形柱形电电池池,3 个字母后个字母后连连5 个数字。个数字。3 个字母个字母,I 表示有内置的表示有内置的锂锂离子离子,L 表示表示锂锂金属或金属或锂锂合金合金电电极。第二个字母表极。第二个字母表示正极材料示正极材料,C 表示表示钴钴,N 表示表示镍镍,M 表示表示锰锰,V 表示表示钒钒。第三个字母。第三个字母为为R 表示表示圆圆柱形。柱形。5 个数字个数字,前前2 个数字表示直径个数字表示直径,后后3 个数字表示高度个数字表示高度,单单位都位都为为mm。如：如：ICR 18650 就是直径就是直径为为18mm,高度高度为为65mm 的通用的的通用的18650 圆圆柱形柱形电电池。池。39Thank youThank you！40知识回顾知识回顾Knowledge Knowledge ReviewReview
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