2022年2022年锂离子电池生产工艺 .pdf

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1、锂离子工艺流程工艺流程1. 正负极配方1.1 正极配方（ LiCoO2(钴酸锂)+导电剂 (乙炔黑)+粘合剂 (PVDF)+集流体（铝箔）正极）LiCoO2(10m):93.5% 其它： 6.5% 如 Super-P:4.0% PVDF761:2.5% NMP （增加粘结性） : 固体物质的重量比约为810:1496 a) 正极黏度控制 6000cps(温度 25 转子 3)；b)NMP重量须适当调节，达到黏度要求为宜；c) 特别注意温度湿度对黏度的影响钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。钴酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50 一般为 6-8 m ，含水量 0.2%，通常为碱性

2、， PH 值为 10-11 左右。锰酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50 一般为 5-7 m ，含水量 0.2% ，通常为弱碱性， PH 值为 8 左右。导电剂：提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。非极性物质，葡萄链状物，含水量3-6% ，吸油值 300 ，粒径一般为2-5 m ；主要有普通碳黑、超导碳黑、石墨乳等，在大批量应用时一般选择超导碳黑和石墨乳复配；通常为中性。PVDF 粘合剂：将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。非极性物质，链状物，分子量从300 ，000 到 3， 000，000 不等；吸水后分子量下降，粘

3、性变差。NMP：弱极性液体，用来溶解/ 溶胀 PVDF，同时用来稀释浆料。正极引线：由铝箔或铝带制成。1.2 负极配方（石墨 +导电剂 (乙炔黑 )+增稠剂(CMC)+粘结剂 (SBR)+ 集流体（铜箔） 负极）负极材料： 94.5% Super-P:1.0% SBR:2.25% CMC:2.25% 水：固体物质的重量比为1600:1417.5 a) 负极黏度控制 5000-6000cps( 温度 25 转子 3) b) 水重量需要适当调节，达到黏度要求为宜；c) 特别注意温度湿度对黏度的影响2. 正负极混料石墨：负极活性物质，构成负极反应的主要物质；主要分为天然石墨和人造名师资料总结 - -

4、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 石墨两大类。非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。一般粒径D50 为 20m左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。导电剂：提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。提高反应深度及利用率。防止枝晶的产生。利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。（可根据石墨粒度分布选择加或不加） 。添

5、加剂：降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。增稠剂 /防沉淀剂（ CMC） ：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。异丙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂网状交链，提高粘结强度。乙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度（异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种） 。水性粘合剂（ SBR ） ：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链状乳液，极易溶于水和极性溶剂

6、。增稠剂 /防沉淀剂（ CMC） ：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。负极引线：由铜箔或镍带制成。去离子水（或蒸馏水） ：稀释剂，酌量添加，改变浆料的流动性。2.1 正极混料原料的掺和：（1） 粘合剂的溶解（按标准浓度）及热处理。（2） 钴酸锂和导电剂球磨： 使粉料初步混合， 钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为 2 小时左右；为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。干粉的分散、浸湿：（1） 原理：固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面；如果固体与气体吸

7、附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体；如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。当润湿角 90度，固体浸湿。当润湿角 90 度，固体不浸湿。正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容易。（2） 分散方法对分散的影响：A、 静置法（时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构）；B、 搅拌法；自转或自转加公转（时间短，效果佳，但有可能损伤个别名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - -

8、 - 材料的自身结构）。1、搅拌桨对分散速度的影响。搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段；球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。2、搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。3、浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。4、浓度对粘结强度的影响。浓度越大，柔制强度越大，粘接强度越大；浓度越低，粘接强度越小。5、真空度对分散速度的影响。 高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度； 材

9、料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。6、温度对分散速度的影响。适宜的温度下，浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。稀释。将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。2.1.1 原料的预处理（1） 钴酸锂：脱水。一般用120 oC 常压烘烤 2 小时左右。（2） 导电剂：脱水。一般用200 oC 常压烘烤 2 小时左右。（3） 粘合剂：脱水。一般用120-140 oC 常压烘烤 2 小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。（4） NMP ：脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。2.1.2物料球磨a）将 LiCoO2 Super-P 倒入料桶，

10、同时加入磨球（干料：磨球=1:1），在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；b）4 小时结束，过筛分离出球磨；2.1.3 操作步骤a) 将 NMP 倒入动力混合机（ 100L）至 80, 称取 PVDF 加入其中，开机；参数设置：转速 252 转/ 分，搅拌 115-125 分钟；b) 接通冷却系统，将已经磨号的正极干料平均分四次加入，每次间隔28-32 分钟，第三次加料视材料需要添加NMP ，第四次加料后加入NMP ；动力混合机参数设置：转速为202 转/ 分c) 第四次加料 302 分钟后进行高速搅拌，时间为48010 分钟；动力混合机参数设置：公转为302 转/ 分，自转为 252

11、 转/ 分；d) 真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌 302 分钟；动力混合机参数设置：公转为102 分钟，自转为 82 转/ 分e) 取 250-300 毫升浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子号5，转速 12 或 30rpm，温度范围 25；f)将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。2.1.4 注意事项名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 -

12、 - - - - - - - - a) 完成，清理机器设备及工作环境；b) 操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。2.2 负极混料2.2.1 原料的预处理：（1） 石墨：A、混合，使原料均匀化，提高一致性。B、300400 常压烘烤，除去表面油性物质， 提高与水性粘合剂的相容能力，修圆石墨表面棱角 （有些材料为保持表面特性，不允许烘烤，否则效能降低）。（2） 水性粘合剂：适当稀释，提高分散能力。掺和、浸湿和分散：（1） 石墨与粘合剂溶液极性不同，不易分散。（2） 可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘合剂溶液混合。（3） 应适当降低搅拌浓度，提高分散性。（4） 分散过程为减少极性物与非极性物距离

13、，提高势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。（5） 搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。（6） 分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容稀释：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。2.2.2 物料球磨a）将负极和 Super-P 倒入料桶同时加入球磨（干料：磨球=1:1.2 ）在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；b）4 小时结束，过筛分离出球磨；2.2.3 操作步骤a) 纯净水加热至至 80倒入动力混合机（ 2L）b) 加 CMC ，搅拌 602 分钟；动力混合机参数

14、设置：公转为252 分钟，自转为 152 转/ 分；c) 加入 SBR和去离子水，搅拌 602 分钟；动力混合机参数设置：公转为302 分钟，自转为 202 转/ 分；d) 负极干料分四次平均顺序加入，加料的同时加入纯净水，每次间隔28-32 分钟；动力混合机参数设置：公转为202 转/ 分，自转为 152 转/ 分；e) 第四次加料 302 分钟后进行高速搅拌，时间为48010 分钟；动力混合机参数设置：公转为302 转/ 分，自转为 252 转/ 分；f)真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09到 0.10Mpa，搅拌302 分钟；动力混合机参数设置：公转为102 分钟，自转

15、为 82 转/ 分g) 取 500 毫升浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子号5，转速 30rpm，温度范围 25；h) 将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。2.2.4 注意事项a) 完成，清理机器设备及工作环境；b) 操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。配料注意事项：1、 防止混入其它杂质；2、 防止

16、浆料飞溅；3、 浆料的浓度（固含量）应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦；4、 在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；5、 浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低；6、 需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入，以免组分材料性质变化；7、 搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主； 搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备；8、 出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带；9、 对配料人员要加强培训，确保其掌握专业知识，以免酿成大祸；10、 配料的关键在于分散均匀，掌握该中心，其它方式可自行调整。3. 电池的制作3.1极片尺寸3.2拉

17、浆工艺a) 集流体尺寸正极（铝箔），间歇涂布负极（铜箔），间歇涂布b) 拉浆重量要求电极第一面双面重量 （g）面密度 （mg/cm2）重量 （g）面密度 （mg/cm2 ）3.3裁片a) 正极拉浆后进行以下工序：裁大片裁小片称片（配片）烘烤轧片极耳焊接b) 负极拉浆后进行以下工序：裁大片裁小片称片（配片）烘烤轧片极耳焊接3.4 轧片要求电极压片后厚度（ mm ）压片后长度（ mm ）正极0.125-0.145 362-365 负极0.125-0.145 400-403 3.5 配片方案序号正极重量（克）负极重量（克）备注1 5.49-6.01 2.83-2.86 正极可以和重1-2 个档次的负

18、极进行配片2 6.02-6.09 2.87-2.90 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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 极片烘烤电极温度时间（小时）真空度正极1205 6-10 -0.09Mpa 负极1105 6-10 -0.09Mpa 备注：真空系统的真空度为-0

19、.095-0.10Mpa 保护气为高纯氮气，气体气压大于0.5Mpa 3.7 极耳制作正极极耳上盖组合超声波焊接铝条边缘与极片边缘平齐负极镍条直接用点焊机点焊，要求点焊数为8 个点镍条右侧与负极片右侧对齐，镍条末端与极片边缘平齐3.8 隔膜尺寸3.9 卷针宽度3.10 压芯电池卷绕后，先在电芯底部贴上24mm 的通明胶带，再用压平机冷压2 次；3.11 电芯入壳前要求胶纸镍条。 。 。 。3.12 装壳3.13 负极极耳焊接负极镍条与钢壳用点焊机焊接，要保证焊接强度，禁止虚焊3.14 激光焊接仔细上号夹具，电池壳与上盖配合良好后才能进行焊接，注意避免出现焊偏3.15 电池真空烘烤温度时间真空度

20、80516-22 小时-0.05Mpa 备注：a)真空系统的真空度为 -0.0950.10Mpa b)保护气为高纯氮气，气体气压大于0.5Mpa c)每小时抽一次真空注一次氮气；3.16注液量： 2.90.1g 注液房相对湿度：小于30% 温度： 205封口胶布：宽红色胶布。粘胶布时注意擦净注液口的电解液用 2 道橡皮筋将棉花固定在注液口处3.17化成制度3.17.1 开口化成工艺名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - -

21、a) 恒流充电： 40mA*4h 80mA*6h 电压限制： 4.00V b) 全检电压，电压大于3.90V 的电池进行封口，电压小于3.90V 的电池接着用60mA 恒流至 3.90-4.00后封口，再打钢珠；c) 电池清洗，清洗剂为醋酸+酒精3.17.2 续化成制度a)恒流充电（ 400mA ，4.20V，10min）b)休眠（ 2min）c)恒流充电（ 400mA ，4.20V，100min）d)恒压充电（ 4.20V，20mA ，150min）e)休眠（ 30min）f)恒流放电（ 750mA ，2.75V，80min）g)休眠（ 30min）h)恒流充电（ 750mA ，3.80V，90min）i)恒压充电（ 3.80V，20mA ，150min）4 包装与储存名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -