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全面介紹鋰離子電池的的原理、配方和工藝流程(下)
時(shí)間:2022-08-17來(lái)源: 本站 字體:[ ]
二、電池制作工藝流程




1、(正、負(fù)極)干混→濕混→滾涂膏體在導(dǎo)電基體上→3步干燥→卷繞→切邊(切成一定寬度)→輥壓→卷繞(備用)干混采用球磨, 磨球是玻璃球或氧化鋯陶瓷球;


濕混采用。行星式拌粉機(jī), 其葉片分別裝在2-3個(gè)軸上, 混合效果更好。濕混中溶劑數(shù)量要恰當(dāng), 形成合適的流變態(tài), 以獲得平滑的涂層。滾涂電極膏體要保證一定的粘度, 膏體涂于鋁箔或銅箔的兩面, 而涂層的厚度取決于電池的型號(hào)。然后再相繼通過(guò)3個(gè)加熱區(qū)進(jìn)行干燥, NMP(或水)從涂層中隨熱空氣或干燥氮?dú)饬鲃?dòng)而揮發(fā), 溶劑可以回收再利用。輥壓是為了提高涂層的密度, 并使電極厚度能符合電池裝配的尺寸, 輥壓階段的壓力要適中, 以免卷繞時(shí)粉料散落。


2、電池的組裝


圓柱電池的裝配工藝流程:絕緣底圈入筒→卷繞電芯入筒→插入芯軸→焊負(fù)極集流片于鋼筒→插入絕緣圈→鋼筒滾線→真空干燥→注液→組合帽(PTC元件等)焊到正極引極上→封口→X射線檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。


方形電池裝配工藝流程:絕緣底入鋼盒→片狀組合電芯入筒→負(fù)極集流片焊于鋼盒→上密封墊圈→正極集流片焊于桿引極→組合蓋(PTC元件等)焊到旋引極上→組合蓋定位→激光焊接→真空干燥→注液→密封→X射線檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。


裝配工藝說(shuō)明:以圓柱形電池為例(方形電池基本過(guò)程相同)。卷繞芯入筒以前, 將鋁條(0.08—0.15㎜厚、3㎜寬)和鎳條(0.04—0.10㎜厚, 3㎜寬)分別用超聲波焊接在正、負(fù)極導(dǎo)電基體的指定處作為集流引極。


電池隔膜一般采用PE/PP2層或PP/PE/PP 3層組成, 隔膜都是經(jīng)過(guò)120℃熱處理過(guò)的, 以增加其阻止性和提高其安全性。


正極、隔膜、負(fù)極3者疊合后卷繞入筒, 由于采用涂膏電極, 故必須讓膏體材料與基體結(jié)合得好, 以形成高密度電極, 特別要防止掉粉, 以免其穿透隔膜而引起電池內(nèi)部短路。


卷繞電芯插入鋼筒以前, 放一個(gè)絕緣底入鋼筒底部是為了防止電池內(nèi)部短路這對(duì)于一般電池都是相同的。


電解質(zhì)一般采用LiPF6和非水有機(jī)溶劑, 在真空注液以前,電池要真空干燥24/h, 以除去電池組分中的水分和潮氣, 以免LiPF6與水反應(yīng)形成HF而縮短壽命。


電池密封采用涂密封膠、插入墊圈、卷邊加斷面收縮過(guò)程,基本原理與堿性可充電池相同。封口以后, 電池要用異丙醇和水的混合液除去油污物和濺出的電解液, 然后再干燥。使用一種氣味傳感器或“ 嗅探器”元件檢查電池漏液情況。


整個(gè)電池裝配完成以后, 電池要用X射線鑒定電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否正常, 對(duì)于電芯不正、鋼殼裂縫、焊點(diǎn)情況、有無(wú)短路等進(jìn)行檢查, 排除有上述缺陷的電池, 確保電池質(zhì)量。


最后一道工序是化成, 電池第1次充電, 陽(yáng)極上形成保護(hù)膜, 稱為固體電解質(zhì)中間相層(SEI), 它能防止陽(yáng)極與電解質(zhì)反應(yīng), 并是電池安全操作、高容量、長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵要素。電池經(jīng)過(guò)幾次充放電循環(huán)以后陳化2—3周, 剔去微短路電池, 再進(jìn)行容量分選包裝后即成為商品了。






三、電池的性能






1、電性能: 


(1) 額定容量0.5C放電,單體電池放電時(shí)間不低于2h,電池組放電時(shí)間不低于108min(95%); 


(2)1C放電容量:1C放電,單體電池放電時(shí)間不低于57min(95%),電池組放電時(shí)間不低于54min(90%); 


3)低溫放電容量:-20℃下0.5C放電,單體或電池組放電時(shí)間均不低于72min(60%); 


(4)高溫放電容量:55℃下0.5C放電,單體電池放電時(shí)間不低于104min(95%),電池組放電時(shí)間不低于108min(90%); 


(5) 荷電保持及恢復(fù)能力:滿電常溫下擱置28天,荷電保持放電時(shí)間不低于96min(80%),荷電恢復(fù)放電時(shí)間不低于108min(90%); 


(6)儲(chǔ)存性能:進(jìn)行貯存試驗(yàn)的單體電池或電池組應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足3個(gè)月的,貯存前充50%~60%的容量,在環(huán)境溫度40℃±5℃,相對(duì)濕度45%~75%的環(huán)境貯存90天。貯存期滿后取出電池組,用0.2C充滿電擱置1h后,以0.5C恒流放電至終止電壓,上述試驗(yàn)可重復(fù)測(cè)試3次,放電時(shí)間不低于72min(60%); 


(7)循環(huán)壽命:電池或電池組采用0.2C充電,0.5C放電做循環(huán),當(dāng)連續(xù)兩次放電容量低于72min(60%)時(shí)停止測(cè)試,單體電池循環(huán)壽命不低于600次,電池組循環(huán)壽命不低于500次; 


(8)高溫?cái)R置壽命:應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足三個(gè)月的單體電池的進(jìn)行高溫?cái)R置壽命試驗(yàn),進(jìn)行擱置前應(yīng)充入50%±5%的容量,然后在環(huán)境溫度為55℃±2℃的條下擱置7天。7天后將電池取出,在環(huán)境溫度為20℃±5℃下擱置2~5h。先以0.5C將電池放電至終止電壓,0.5h后按0.2C進(jìn)行充電,靜置0.5h 后,再以0.5C恒流放電至終止電壓,以此容量作為恢復(fù)容量。以上步驟為1周循環(huán),直至某周放電時(shí)間低于72min(60%),試驗(yàn)結(jié)束。擱置壽命不低于56天(8周循環(huán))。 


2、安全性能


(1)持續(xù)充電:將單體電池以0.2ItA恒流充電,當(dāng)單體電池端電壓達(dá)到充電限制電壓時(shí),改為恒壓充電并保持28d,試驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸(相當(dāng)于滿電浮充)。 


(2)過(guò)充電:將單體電池用恒流穩(wěn)壓源以3C恒流充電,電壓達(dá)到10V后轉(zhuǎn)為恒壓充電,直到電池爆炸或起火或充電時(shí)間為90min或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃)時(shí)停止充電,電池應(yīng)不起火、不爆炸(3C10V);將電池組用穩(wěn)壓源以0.5ItA恒流充電,電壓達(dá)到n×5V(n為串聯(lián)單體電池?cái)?shù))后轉(zhuǎn)為恒壓充電,直到電池組爆炸或起火或充電時(shí)間為90min或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃)時(shí)停止充電,電池應(yīng)不起火、不爆炸。 


(3)強(qiáng)制放電(反向充電):將單體電池先以0.2ItA恒流放電至終止電壓,然后以1ItA電流對(duì)電池進(jìn)行反向充電,要求充電時(shí)間不低于90min,電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組其中一只單體電池放電至終止電壓,其余均為充滿電態(tài)的電池,再以1ItA恒流放電至電池組的電壓為0V時(shí)停止放電,電池應(yīng)不起火、不爆炸。 


(4)短路測(cè)試:將單體電池經(jīng)外部短路90min,或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2)時(shí)停止短路,外部線路電阻應(yīng)小于50mΩ,電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組的正負(fù)極用小于電阻0.1Ω的銅導(dǎo)線連接直至電池組電壓小于0.2V或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃),電池應(yīng)不起火、不爆炸 


3、機(jī)械性能


(1)擠壓:將單體電池放置在兩個(gè)擠壓平面中間,逐漸增加壓力至13kN,圓柱形電池?cái)D壓方向垂直于圓柱軸的縱軸,方形電池?cái)D壓電池的寬面和窄面。每只電池只能接受一次擠壓。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合4.1.2.1的規(guī)定。在電池組上放一直徑為15cm的鋼棒對(duì)電池組的寬面和窄面擠壓電池組,擠壓至電池組原尺寸的85%,保持5min,每個(gè)電池組只接受一次擠壓。 


(2)針刺:將單體電池放在一鋼制的夾具中,用φ3mm~φ8mm的鋼釘從垂直于電池極板的方向貫穿(鋼針停留在電池中),持續(xù)90min,或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃)時(shí)停止試驗(yàn)。 


(3)重物沖擊:將單體電池放置于一鋼性平面上,用直徑15.8mm的鋼棒平放在電池中心,鋼棒的縱軸平行于平面,讓重量9.1kg的重物從610mm高度自由落到電池中心的鋼棒上;單體電池是圓柱形時(shí),撞擊方向垂直于圓柱面的縱軸;單體電池是方形時(shí),要撞擊電池的寬面和窄面,每只電池只能接受一次撞擊。 


(4) 機(jī)械沖擊;將電池或電池組采用剛性固定的方法(該方法能支撐電池或電池組的所有固定表面)將電池或電池組固定在試驗(yàn)設(shè)備上。在三個(gè)互相垂直的方向上各承受一次等值的沖擊。至少要保證一個(gè)方向與電池或電池組的寬面垂直,每次沖擊按下述方法進(jìn)行:在最初的3ms內(nèi),最小平均加速度為735m/s2,峰值加速度應(yīng)該在1225 m/s2和1715 m/s2之間。 


(5) 振動(dòng):將電池或電池組直接安裝或通過(guò)夾具安裝在振動(dòng)臺(tái)面上進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為頻率10Hz~55Hz,加速度29.4 m/s2,XYZ每個(gè)方向掃頻循環(huán)次數(shù)為10次,掃頻速率為1oct/min。 


(6)自由跌落:將單體電池或電池組由高度(最低點(diǎn)高度)為600mm的位置自由跌落到水泥地面上的20mm厚的硬木板上,從XYZ三個(gè)方向各一次。自由跌落結(jié)束后。 


4、環(huán)境適應(yīng)性 


(1) 高溫烘烤:將單體電池放入高溫防爆箱中,以(5±2℃)/min升溫速率升溫至130℃,在該溫度下保溫10min。 


(2) 高溫儲(chǔ)存:將單體電池或電池組放置在75±2℃的烘箱中擱置48h,電池應(yīng),應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸。 


(3)低氣壓:(UL標(biāo)準(zhǔn))。 



鋰電池對(duì)各組成部份物質(zhì)的要求 :


1. 對(duì)正負(fù)極物質(zhì)的要求 

? 正極電位超正,負(fù)極電位越負(fù) 

? 活性要高(反應(yīng)快) 

? 活性物質(zhì)在電解液中要穩(wěn)定,自溶速度要小 

? 活性物質(zhì)要有良好的導(dǎo)電性能,電阻小 

? 便于生產(chǎn),資源豐富 

 

2. 導(dǎo)電劑的選擇: 

? 有優(yōu)異的的導(dǎo)電性 

化學(xué)成份穩(wěn)定,吸水性小,易貯存 

? 便于使用 

 

 

目前市場(chǎng)上最好的導(dǎo)電劑是日本的Ketjenblack(科琴超導(dǎo)碳黑)系列超級(jí)導(dǎo)電劑,如果Ketjenblack ECP和Ketjenblack ECP600JD。日本的產(chǎn)家大都采用這種導(dǎo)電劑。

 

3. 對(duì)電解液的要求 

? 電導(dǎo)率高,擴(kuò)散效率好,粘度低 

? 化學(xué)成份穩(wěn)定,揮發(fā)性小,易貯存 

? 正負(fù)極活性物質(zhì)在電液中能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定 

? 便于使用 

 

電解液目前存在的突出問(wèn)題 

? 與正負(fù)極的相容性。 

隨電壓升高,電解質(zhì)溶液分解產(chǎn)生氣體,使內(nèi)壓增大,導(dǎo)致對(duì)電池空難性的破壞以及升高電池工作溫度時(shí)溶劑的抗氧化能力較低。  

 

對(duì)隔膜要求 

? 有良好的穩(wěn)定性 

? 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和抗彎曲能力,有抗拒枝晶穿透能力 

? 吸水性良好,孔徑、孔率符合要求 

? 便于使用 

 

5.  對(duì)外殼要求 

? 有較高的機(jī)械強(qiáng)度,承受一般的沖擊 

? 具有耐工藝腐蝕的能力 




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