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1、锂离子软包电池的生产1 概述1.1 锂离子电池的原理当充电时发生下述反应化学方程式：负极反应：C + xLi + + xe-二 LixC正极反应：Li(Ni,Mn,Co)O 二 Li(N； Mn, Co)O + xLi + + xe -21- x2电池总反应：C + Li(Ni, Mn, Co)0 + C 二 Li C + Li (Ni, Mn, Co)O2x1- x2IS甯子U|LI4c-nl立BE呻正电槪Fl5已1罪皿也血电桶 ri*glv+ Elrctva- C图 1 锂离子电池工作原理1.2 锂离子电池的优点（1）能量密度大（2）电压高（3）使用温度范围广（4）自放电少（保存特性好）1
2、.3 存在的问题（1）尽管小电流放电时能量密度高，但高负荷；（2）急速充电（大电流充电）时循环寿命变短；（3）小电流放电时循环特性非常差，因此高能量密度和循环特性发生冲突；（4）安全性，特别是反复充电时，电池的安全性存在问题由于负极Li的形态伴随充放电发生了变化，金属Li放电时Li离子溶解在电解液中， 反之充电时电解液中的 Li 离子变成金属 Li 析出，这样析出的 Li 不是以平滑的板状而 是以针状结晶的形式长大，这就是所谓的树枝状结晶，即枝晶偏析问题成为安全问题和 容量劣化的重要原因之一。2 锂离子电池的组成部分由五大部分组成：正极材料、负极材料、电解液、隔膜、铝塑膜外壳。表 1 正、负极
3、材料的组成分类正极材料负极材料三元材料（LiNi CoMnO ）、锰酸锂、钻酸锂、磷酸铁石墨活性物质1-x-y x y 2锂等导电极SUPER-P/KS-6/KST5 等SUPER-P/SP粘结剂PVDF(HSV900)CMC溶剂NMP （N-甲基吡咯烷酮）去离子水（ H2O）集流体/载体铝箔铜箔极耳和高温胶铝带、铝转镍和一种绿色的胶带镍带和黄色高温胶带带电解液：一般有LiPF、LiBF等复合盐，有机溶剂为丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、二甲基64碳酸酯等。隔膜：单层PE （聚乙烯）薄膜或者三层复合PP （聚丙烯）+PE （聚乙烯）+PP，单层厚度一般为0.0160.020mm，三层厚度一般为0.02
4、00.025mm。2 锂离子电池的性能表征表 2 电池性能列表常规性能容量、电压、电阻可靠性能循环寿命、放电平台、自放电、贮存性能、咼低温性能安全性能过充、短路、针刺、跌落、震动循环寿命：电池在完全充电后完全放电，循环进行，知道容量衰减为初始容量的 75%， 此时循环次数成为循环寿命。放电平台：锂离子电池在完全充电后，放电到3.6V时容量记为C1，放电至3V时容 量记为C。，C1/C0成为该电池的放电平台4 影响锂离子电池安全性的内部因素4.1 材料组成1) 正极材料的热稳定性及其与电解液反应活性2) 负极材料的稳定性及配比3) 电解液的组成4) 隔膜的选择4.2 电池结构电池结构设计的合理性
5、4.3 工艺电池制作过程控制、极片毛刺、极粉脱落、卷绕对位、不良电池的筛选4.4 内短路：微短路、结构性短路 微短路：主要是由正负极片上微物或凸点刺穿隔膜，引起电芯内部短路造成；轻微 的将造成自放电率高，严重的将造成电池爆炸。极粉内短路：内层负极片掉粉刺穿隔膜造成电芯鼓胀。 电芯内部短路：主要由于电芯极耳过长与极片或者壳体接触造成短路，极耳压迫卷 芯导致正负极短路，引起电芯发烫，严重时会导致爆炸。5 影响锂离子电池的外部因素5.1 过充电主要电芯的正极材料有关，LiCoO2在大于4.2V时结构不稳定并放出氧气，同时电解液在大于4.2V时分解与LiCoO2反应产生大量热，导致电芯内压急剧升高发生
6、爆炸。5.2 外短路6 锂离子软包电池的工艺流程图 2 锂离子电池生产工艺流程图6.1 配料按照正、负极材料配料表（如表3 和 表 4 ）进行称料，并在相应的温度下进行烘 烤。合格的正负极材料便可按照正负极配浆工艺流程图进行制浆工作（不同的搅拌机搅 拌参数设置不同，图中以10L小搅拌机为例），并随时注意浆料的温度，控制在30C以 下，所需设备具有分散功能的双行星搅拌机。表 3 正极材料配料单实例成分型号理论重量/g比例烘烤温度备注三元（镍钻锰酸锂）PLB-H544625120 C主料0.7锰酸锂WJ-210019125120 C主料0.3HSV900PVDF1342.1180 C粘结剂NMPN
7、MP34569.4溶剂SURPER-P （种石墨）SP1006.6120 C导电剂KS-15 （种石墨）KS-61006.6120 C导电剂表 4 负极材料配料单实例成分理论重量/g比例备注石墨K3029615主料CMC403.1粘结剂SBR1364.5增稠剂，浓度50%S-P301.1导电剂HR40424.7溶剂原材料烘烤猛酸锂、三元材料、导电剂一一120r/8-12hPVDF (HSV900)80r/8-12h5C以下配料分散导电剂SURPER-P, KS 6低速公转(25),分散(1000),时间15min-20min,刮壁 高速公转(斗0),分散(1000),真空度(-0.08-IMP
8、a),时间1H分散主料三元和猛酸锂或纯三元低速公转(25),分散(1000),时间15min-20min,刮壁高速公转(斗0),分散(1000),真空度(-0.08-IMPa),时间 2H,谪粘度：6000 10000m Pa-s图 3 正极配浆工艺流程图配置母液分散导电剂SURPER-P低速公转(25),分散(1000),时间15min-20min,刮壁高速公转(斗0),分散(1000),真空度(-0.08-IMPa),时 间1H对斗去离子水+CMC低速公转(25),分散(1000),时间15min-20min,刮壁高速公转(40),分散(1000),真空度(-0.08-IMPa), 时间2
9、H,直至CMC溶解完毕，静置6-12H,分散(1000),时间 15min-20min,刮壁,分散(1000),真空度(-0.08-IMPa),时2000-4000mPa-s分散主料人造石墨低速公转(25) 高速公转(40) 间2H,调粘度:图 4 负极制浆工艺流程图6.2 涂布、滚压、切片及制片图5正极片尺寸示意图和 1A配料完成后，并调试好涂布机，便可以进行涂布作业，在涂布过程中应确认涂布各 项指标达到工艺参数的要求，比如面密度，涂布看度，图层长度及间隙等，如表 和图 所 示。涂完后的正负极片放在抽真空的烘箱中烘烤12h,温度110C。当烘烤完毕，温湿 度达到(30C,30%RH)即可进行
10、滚压、切片和制片等工作，合格的极片不得有露集体、 破损等问题，不合格极片不得流转。所用设备：涂布机、辊压机、切片机和制片机。表 5 涂布部分参数正极负极箔材(集流体)铝箔 600*0.020铜箔 600*0.012涂布宽度580 10595 (0,+4)单面密度1983g/m2862g/m2双面密度3965 g/m2172 g/m2Lfi图 6 负极片尺寸示意图6.3 装配将正负极片及隔膜，采用卷绕机卷起来，要求卷绕对位。然后放到冲好的铝塑壳中， 经过压芯、测短、顶侧封等工序后，即完成了软包电池的装配工作。Polv in err3 口艰承Al lmirUfld Himrlwdc i.ihrf invuhriDf图 7 软包锂电芯结构6.4 注液将电解液注入装配好的电芯中，然后封口。注液环境湿度20%-40%RH,实例：注液量 250.3g/只。6.5 化成、分容按照规定的工步进行化成、分容。经化成、分容后，电芯生产基本完毕。
