鋰電池生產(chǎn)制程基礎(chǔ).ppt

Editor: Frank Veken_Baowang,1,鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)(二）,時(shí)間：2010-9-7,Editor: Frank Veken_Baowang,2,教程大綱,1、電池分類（10min) 2、鋰離子電池之電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 (20min) 3、鋰離子電池之應(yīng)用領(lǐng)域（5min) 4、鋰離子電池之結(jié)構(gòu)(20min) 5、液態(tài)鋰離子電池之工藝流程(30min) 6、液態(tài)鋰離子電池之生產(chǎn)設(shè)備(15min) 7、鋰離子電池之性能指標(biāo) (20min) 8、鋰離子電池質(zhì)量認(rèn)證（10min),Editor: Frank Veken_Baowang,3,1、電池種類劃分,一次電池 小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子 鉛酸電池 動(dòng)力電池 燃料電池 太陽能電池-地面光伏發(fā)電 其他新型電池,資料來源：D:Veken培訓(xùn)教程電池種類.txt,Editor: Frank Veken_Baowang,4,什么叫鋰離子電池？,鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。 正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2 或LiXMnO2 負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。 電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。 在充放電過程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。 充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。 放電時(shí)則相反。,Editor: Frank Veken_Baowang,5,2、鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)： C + xLi+ + xe- = CLix 電池總反應(yīng)： LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。,Editor: Frank Veken_Baowang,6,鋰離子電池特點(diǎn),高能量密度 高工作電壓 長(zhǎng)循環(huán)壽命 電化學(xué)特性穩(wěn)定 荷電保持能力強(qiáng) 無污染 無記憶效應(yīng),Editor: Frank Veken_Baowang,7,3、應(yīng)用領(lǐng)域,Li-ion Battery,Editor: Frank Veken_Baowang,8,4、鋰離子電池結(jié)構(gòu),正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨、MCMB) 粘合劑、溶劑、基體 隔膜（PP+PE） 電解液（LiPF6 + DMC EC EMC) 外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）,Editor: Frank Veken_Baowang,9,方（角）形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖,Editor: Frank Veken_Baowang,10,圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖,密封圈,限流開關(guān),隔膜,絕緣墊,Editor: Frank Veken_Baowang,11,軟包裝鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖,Editor: Frank Veken_Baowang,12,鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極,正極基體：鋁箔（約0.020mm厚),正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF,正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）,Editor: Frank Veken_Baowang,13,鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極,負(fù)極基體：銅箔（約0.015mm厚),負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR,負(fù)極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）,Editor: Frank Veken_Baowang,14,鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜,材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PP 厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm,Editor: Frank Veken_Baowang,15,鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液,性質(zhì)： 無色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。 應(yīng)用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。 規(guī)格： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/l 質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費(fèi)休法） 20ppm 游離酸（以HF計(jì)） 50ppm 電導(dǎo)率（25） 10.40.5 mscm,Editor: Frank Veken_Baowang,16,5、液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程,配料,卷繞,注液,檢測(cè)包裝,拉漿,制片,化成,激光焊,裁片,Editor: Frank Veken_Baowang,17,配料工藝流程,正極干粉處理,正極篩漿料,正極混干粉,正極真空攪拌,負(fù)極干粉處理,負(fù)極真空攪拌,負(fù)極篩粉,負(fù)極攪拌,負(fù)極篩漿料,正極拉漿,負(fù)極拉漿,正極,負(fù)極,Editor: Frank Veken_Baowang,18,拉漿工藝流程,送 帶,上 漿,正、負(fù)極漿料,正、負(fù)極裁片,烘烤,收 帶,Editor: Frank Veken_Baowang,19,裁片工藝流程,正極裁大片,正極劃線刮粉,正極片輥切,負(fù)極裁大片,負(fù)極稱重分檔,負(fù)極劃線刮粉,負(fù)極片輥切,正極稱重分檔,負(fù)極吸塵,正極制片,負(fù)極制片,Editor: Frank Veken_Baowang,20,制片工藝流程,正極真空烘烤,正極吸塵,正極片輥壓,負(fù)極真空烘烤,負(fù)極吸塵,負(fù)極片輥壓,負(fù)極貼膠紙,正極焊極耳,負(fù)極焊極耳,卷繞,卷繞,正極貼膠紙,正極吸塵,負(fù)極沖壓極耳,Editor: Frank Veken_Baowang,21,卷繞工藝流程,卷繞,貼底部膠紙,壓芯,入殼,正、負(fù)極片,配片,隔膜,隔膜裁剪,套絕緣片并固定,負(fù)、正極極耳點(diǎn)焊,離心入殼,壓蓋帽,激光焊,底部超聲焊 鋁鎳復(fù)合帶,Editor: Frank Veken_Baowang,22,激光焊工藝流程,上夾具,稱重分級(jí),激光焊接,注液,Editor: Frank Veken_Baowang,23,注液工藝流程,真空烘烤,稱重,注液,化成,貼膠紙,套膠圈,擦洗,Editor: Frank Veken_Baowang,24,化成工藝流程,高溫烘烤,分容,化成,測(cè)電壓、貼不干膠，半成品入庫,清洗,壓鋼珠,高溫貯存,鋁鎳復(fù)合片點(diǎn)焊,Editor: Frank Veken_Baowang,25,檢測(cè)包裝工藝流程,充電,反充電,放電,客戶,裝盒、包裝,清洗,Editor: Frank Veken_Baowang,26,6、液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)所用設(shè)備,真空攪拌機(jī) 拉漿機(jī)（涂布機(jī)） 裁切機(jī) 輥壓機(jī) 卷繞機(jī) 激光焊機(jī) 真空注液機(jī) 化成檢測(cè)柜,Editor: Frank Veken_Baowang,27,7、液態(tài)鋰離子電池性能,常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻 可靠性性能： 循環(huán)壽命 放電平臺(tái) 自放電 貯存性能 高低溫性能 安全性能 過充 短路 針刺 跌落 濕水 低壓 振動(dòng),Editor: Frank Veken_Baowang,28,容量,電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。 電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。 理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。 實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為 Ah，其值小于理論容量。 額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。,Editor: Frank Veken_Baowang,29,電壓,開路電壓 電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池的正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。 工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。 電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低于開路電壓。,Editor: Frank Veken_Baowang,30,內(nèi)阻,電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。 電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。 電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓。 歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。,Editor: Frank Veken_Baowang,31,循環(huán)壽命,電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進(jìn)行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命 循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān) 鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)800-1000次。,Editor: Frank Veken_Baowang,32,放電平臺(tái),鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺(tái) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上，我們現(xiàn)在可以作到83%-85% 放電平臺(tái)對(duì)手機(jī)電池使用效果影響最大，關(guān)系到手機(jī)通話的聲音清晰度,Editor: Frank Veken_Baowang,33,自放電,電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于12%，我們可以做到6%-8% 電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān),Editor: Frank Veken_Baowang,34,記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。在以后的放電過程中電池將只記得這一低容量。同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池的容量變得更低。 要消除這種效應(yīng)，有兩