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今天在蓋世汽車網(wǎng)舉辦的論壇上，聽(tīng)交大的殷教授（他是我以前同事的博士生導(dǎo)師）談起了不少趣聞，特別是關(guān)于鋰電池生產(chǎn)廠商的已經(jīng)在國(guó)內(nèi)到達(dá)100家以上了，但是工藝是個(gè)很大的悲劇。在此收集和整理一些關(guān)于鋰電池工藝的資料，需要和專業(yè)同事確認(rèn)后才能就不同的電池進(jìn)行正確的區(qū)別，這里首先整理個(gè)概念。 
某個(gè)廠家的工藝時(shí)間圖為：
另外一個(gè)直觀的圖為：
鋰離子電池工藝流程 一、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。 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； 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； a） 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 b） 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℃； c） 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。 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負(fù)極混料 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； 2.3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。 2.4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)猓瑲怏w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?/font> 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） 當(dāng)從LiCoO2拿走XLi后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于X的大小。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)X》0.5時(shí)Li1-XCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過(guò)程中應(yīng)通過(guò)限制充電電壓來(lái)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(shí)Li1-XCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。負(fù)極C6其本身有自己的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝淮位珊�，正極LiCoO2中的Li被充到負(fù)極C6中，當(dāng)放電時(shí)Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負(fù)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(fù)極C6中，一般通過(guò)限制放電下限電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)：安全充電上限電壓≤4 .2V，放電下限電壓≥2.5V。 |
