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锂离子电池生产工艺

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标签: 锂离子电池生产

 锂离子电池生产工艺 锂离子电池原理及工艺流程

一、 原理

1.0 正极构造

LiCoO2(钴酸锂)+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)      正极

2.0 负极构造

石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)    负极

3.0工作原理

3.1 充电过程:一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。

正极上发生的反应为

LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)

负极上发生的反应为

6C+XLi++Xe=====LixC6

3.2 电池放电过程

   放电有恒流放电和恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。

二 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(10μm):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 μm,含水量≤0.2%,通常为碱性,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 μm,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 μm;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 

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20μm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。

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。

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