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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划锂电池负极材料工艺目录1设计的目的与任务.1课程设计背景.1课程设计目的与任务.12设计的详细内容.2原材料及设备的选取.2电池的工作原理.3电池的制备工艺设计.3制片车间的工艺设计.3装配车间的工艺设计.6化成车间工艺设计.7包装车间工艺设计.9厂房设计.93经济效益.104对本设计的评述.11参考文献.121设计的目的与任务课程设计背景自从1990年SONY采用可以嵌锂的钴酸锂做正极材料以来,锂离子电池满足了非核能能源开发的需要,同时具有工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长
2、、重量轻、无记忆效应、环境污染少等特点,现成为世界各国电源材料研究开发的重点13。锂离子电池已广泛应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源,并在电动汽车技术、大型发电厂的储能电池、UPS电源、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域具有重要作用45。正极材料作为决定锂离子电池性能的重要因素之一,研究和开发更高性能的正极材料是目前提高和发展锂电池的有效途径和关键所在。目前,已商品化的锂电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等,而层状钴酸锂正极材料凭借其电压高、放电平稳、生产工艺简单等优点占据着市(转载于:写论文网:锂电池负极材料工艺)场的主要地位,也是目前唯一大量用于生产锂离子电池的正极材料68
3、。18650电池是指外壳使用65mm高，直径为18mm的圆柱形钢壳为外壳的锂离子电池。自从上个世纪90年代索尼推出之后，这种型号的电池一直在生产，经久不衰。经过近20年的发展，目前制备工艺已经非常成熟，性能有了极大的提升，体积能量密度已经提高了将近4倍，而且成本在所有锂离子电池中也是最低，目前早已走出了原来的笔记本电脑的使用领域，作为首选电池应用于动力及储能领域。课程设计目的与任务如前文所述，在目前商业化的锂离子电池中，很多厂家都选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。本设计拟通过以LiCoO2
4、作为正极材料的18650锂电池电芯器件作为模型，从原料选择、设计原理、制备工艺、封装条件、工作情况等方面进行系统调研，并设计出相应的电池器件。设计者将通过查阅资料、课题讨论、技术交流等方式，逐渐设计出合理、科学的18650锂电池电芯，培养初步的科研思维和科研能力；通过这一综合训练，使我对实际的新能源产品有初步的、宏观的认识和理解，为即将开展的毕业设计乃至实际生产工艺设计奠定必要的基础。此次设计包括如下任务：18650锂电池电芯制备原料的选取：将列出所选原料的种类、选择依据以及主要原料的使用技术要求；阐明18650锂电池电芯的工作原理对18650锂电池电芯的制备工艺进行设计：包括电池各部件的详细
5、制备流程；制备方法及所用到的设备；画出必要的设备装置示意图；制备过程中主要的工艺参数及其选择依据；电池工作环境要求并阐明依据。对18650锂电池电芯生产厂进行设计，并评估其产能和经济效益。包括：车间设备布置和工厂总平面布置，成本利润概算，投资评估。2设计的详细内容本次设计的产品圆柱形18650锂电池电芯如图2-1所示。我们是按原材料及设备的选取生产车间工艺设计厂房设计综合评估的顺序来进行设计的。其中，生产车间工艺的设计为本次设计的重中之重，如下图2-2所示。其余部分的设计如原材料、仪器设备、厂房等将在后续内容中展开以及附图中体现。图2-1圆柱形18650锂电池电芯图2-2圆柱形18650锂电池
6、电芯生产流程原材料及设备的选取本设计选用的主要原料为LiCoO2、石墨、乙炔黑、导电石墨、PVDF、NMP、MCMB、隔膜、电解液、铝箔、铜箔、极耳、钢壳、PVC等。主要仪器设备有真空混料机、间隙涂布机、碾压机、极片连轧生产线、全自动分切机、全自动极耳焊接贴胶机、半自动卷绕机、全自动注液机、滚槽机、封口机、全自动清洗机、化成设备、全自动喷码机、分容柜等。电池的工作原理18650锂离子电池主要包括正极、负极和电解质，它利用锂离子在正极和负极之间形成嵌入化合物的锂状态和电位的不同，通过电子的得失来实现充电和放电过程。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极石墨，而放电时，Li+从石墨脱嵌，经过电
7、解质嵌入正极，如图2-3所示。反应式如下：正极反应：LiCoO2?Li1-xCoO2+xLi+xe-负极反应：6C+xLi+xe-?LixC6电池总反应：LiCoO2+6C?Li1-xCoO2+LixC6在正极材料LiCoO2中，锂基本是以离子状态存在，而在负极石墨中，锂基本上以原子状态存在，因此在锂离子和锂原子之间存在较高的电位差。同时，锂在正极材料中，由于锂离子是嵌入到晶格中，因此离子性更强，从而表现出较高的输出电压。图2-3工作原理示意图电池的制备工艺设计制片车间的工艺设计制片车间的工艺流程为：正、负极配料正、负极涂布正、负极对辊正、负极分切正负极烘烤。这是制作电池的第一个大环节，每道工
8、序都很重要，操作不当，会直接影响产品的性能，增加残次品的比率。为了企业的经济效益，所以对质量要严格把控，现将工艺重点叙述如下：(1)确定电池的额定容量及用料量设额定容量为2300mAh，正极加料比按钴酸锂:导电剂:粘结剂:制胶溶剂=100:34的比例配制。负极加料比按石墨粉:导电剂:SBR:CMC:制胶溶剂=100:92的比例配制。正、负极的配料仪器如图2-5所示。图2-5左、右分别为正、负极拌料仪器正负极粉体过筛正负极粉体过筛是为了除去正负极材料中的金属杂质，主要为铁。正极工艺：a、筛网目数，粉体150目、super-p100目b、筛网外观：筛网无破损，网目无干料及杂质堵塞等现象。c、真空输
9、送管无堵塞、通气不顺，罐体清洁无污物、杂质。负极工艺：a、筛网目数，粉体150目、导电剂50目b、筛网外观：筛网无破损，网目无干料及杂质堵塞等现象。c、真空输送管无堵塞、通气不顺，罐体清洁无污物、杂质。涂布工序涂布机、碾压机如图2-6、图2-7所示。涂布工艺要求箔材外观表面、切面平整，色泽均一，无明显亮线、明显凹凸点、暗痕条纹等，边缘无明显翘边和褶皱，无掉粉，管芯无生锈。箔材按表1的要求进行选取，涂布厚度按表2进行设置操作。锂离子电池简介及其工业生产1、锂离子电池的简介及其发展历史背景锂离子电池是20世纪90年代初才出现的绿色高能可充电池，正是由于它具有电压高、比能量大、充放寿命长、放电性能稳
10、定、比较安全、无污染等特点,深受社会和用户的欢迎。目前最大的用途是在手机和笔记本电脑,它充分体现了高比能电池的优越性,已成为目前生产的这2类用电器具的主要电源。也正是手机、电脑等便携式用电器具创造了锂离子电池发展的机遇。1970年代埃克森的采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。1982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInstituteofTechnology)的和发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成
11、功。1983年、等人发现尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。1989年，和发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池，至今仍是便携电子器件的主要电源。1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4)，比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温，耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的
12、正极材料。1999年实现商业化的聚合物锂离子电池是新一代的锂离子电池,尽管价格昂贵,毕竟是才进入市场,产量小、成本高,但其发展前途是乐观的。因为当前世界电池工业的发展有以下3个显著特点：一是绿色环保电池的迅猛发展,包括锂离子电池、氢镍电池、无汞碱锰电池等,这是人类社会发展的需求；二是一次电池向二次电池转化,在一次锂电池的基础上研究、开发了可充锂离子电池，在碱性锌锰电池的基础上研究、开发了可充碱锰电池,扣式电池也向可充性发展,这有利于节约地球有限的资源,符合可持续发展的战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向发展,在商品化的可充电池中,锂离子电池比能量是相对很高的,特别是聚合物锂离子电池,可以实现可
13、充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具备了当前电池工业发展的3大优势,故在发达国家中有了比较快的增长,特别在日本,锂离子电池在整个电池工业中具有举足轻重的地位。3、锂离子电池的组成和工作原理、锂离子电池主要由以下五大部分组成：正极活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，现在又出现了锂离子电池负极材料的研究进展摘要：随着时代的进步，能源与人类社会的生存和发展密切相关，持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭，解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性，综
