型號為4047108的聚合物鋰離子電池進(jìn)行設(shè)計(jì)講解

1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2011 級化學(xué)電源設(shè)計(jì)聚合物鋰離子電池工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院：專 業(yè)：姓 名：指導(dǎo)老師：化工與材料學(xué)院應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 號： 職 稱：講師中國珠海二一四年四月誠信承諾書本人鄭重承諾：本人承諾呈交的課程設(shè)計(jì)聚合物鋰離子電池工藝設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。本人簽名： 日期： 年 月 日化學(xué)電源工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目聚合物鋰離子電池工藝設(shè)計(jì) 專業(yè)：11應(yīng)用化學(xué) 班級：3班學(xué)號：姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 本課程設(shè)計(jì)為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)（電化學(xué)方向）的主要專業(yè)課化學(xué)電源工藝學(xué)課程教

2、學(xué)中的設(shè)計(jì)部分的教學(xué)環(huán)節(jié)。旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)理論和基本知識解決實(shí)際問題的能力，使之掌握工程設(shè)計(jì)技巧，提高動手能力，為將來從事設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)學(xué)生科技論文的寫作能力，為畢業(yè)論文的規(guī)范性打下基礎(chǔ)。 一、主要內(nèi)容： 1、確定工藝，選定設(shè)計(jì)方案； 2、完成工藝計(jì)算、物料恒算、工藝參數(shù)的確定等。3、給出簡略的設(shè)備選型、初步的原材料成本、三廢處理二、基本要求： 1、掌握國家標(biāo)準(zhǔn)的檢索與利用 2、掌握電池與電池組設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)程序 3、學(xué)會靈活運(yùn)用電化學(xué)原理進(jìn)行工藝參數(shù)確定、工藝計(jì)算的方法 4、了解電池結(jié)構(gòu)、裝配5、熟悉科技論文寫作規(guī)范三、主要參考資料 ： 1、王力臻，化學(xué)電源設(shè)計(jì)，化

3、學(xué)工業(yè)出版社 2、各種電池的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn) 3、史鵬飛，化學(xué)電源工藝學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 4、朱松然，蓄電池手冊，天津大學(xué)出版社 5、郭炳坤，化學(xué)電源，中南大學(xué)出版社 完成期限： 2014年4月23日前 指導(dǎo)教師簽名：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名：年月 日聚合物鋰離子電池工藝設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)選用型號為4047108的聚合物鋰離子電池進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中正極活性材料采用鈷酸鋰，負(fù)極活性材料采用中間相碳微球（MCMB），其標(biāo)稱容量為1900mAh。我們還將生產(chǎn)聚合物鋰離子電池的工藝流程，做出了簡要說明。設(shè)計(jì)還參考了許多文獻(xiàn)的正、負(fù)極混料配方，從中選出一個配方，再通過詳細(xì)的物料衡算和成本核算計(jì)算出生產(chǎn)一個4047108

4、聚合物鋰離子電池所需的成本。關(guān)鍵詞：聚合物鋰離子電池；鈷酸鋰；工藝流程；物料衡算目錄1前言11.1聚合物鋰離子電池簡介11.2聚合物鋰離子電池研究進(jìn)展21.2.1干態(tài)聚合物電解質(zhì)21.2.2凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)21.2.3聚合物電解質(zhì)添加劑21.3聚合物鋰離子電池的移動電源32設(shè)計(jì)方案42.1設(shè)計(jì)方案42.2材料選擇42.2.1正極材料的選擇42.2.2負(fù)極材料的選擇52.2.3 聚合物電解質(zhì)膜52.2.4電解液53工藝流程63.1工藝流程圖63.2工藝流程介紹73.2.1正、負(fù)極材料混料73.2.2正、負(fù)極制膜73.2.3 聚合物膜浸涂73.2.4壓制聚合物正、負(fù)極73.2.5卷繞、入殼73.

5、2.6超聲波焊接73.2.7萃取83.2.8烘干、電池包裝和密封83.2.9充電解液83.2.10化成83.2.11密封83.2.12分選83.2.13老化83.2.14成品84電池有關(guān)參數(shù)的計(jì)算及成本核算94.1電池有關(guān)參數(shù)的計(jì)算94.1.1電池最終尺寸94.1.2帶電狀態(tài)裸電芯尺寸94.1.3卷繞層數(shù)、極片面密度104.1.4裸電芯、電池厚度114.1.5卷芯計(jì)算114.1.6極片、隔離膜尺寸計(jì)算114.1.7電解液質(zhì)量計(jì)算124.1.8電芯質(zhì)量計(jì)算134.1.9容量計(jì)算134.1.10內(nèi)阻計(jì)算134.2成本核算145設(shè)備選型及車間布局155.1設(shè)備選型155.2車間布局156三廢處理16

6、6.1 NMP的處理流程166.2廢渣處理166.3廢水處理166.4廢氣處理177小結(jié)18參考文獻(xiàn)19致謝201前言伴隨著科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，我們的能源結(jié)構(gòu)也在不停的變化，從最早的化石能源，到現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電 和太陽能發(fā)電等。從能源結(jié)構(gòu)的變化，我們不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在人們開始慢慢的意識到綠色能源的重要性。提到能源我們不得不面對的是能源的儲備問題，能源儲備需要的是電池，我們過去主要的儲備電池是鉛酸蓄電池、鋅錳電池等。但是此類電池的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，且因?yàn)殇囯x子電池?fù)碛休^大的能量密度、較大的功率密度、無記憶效應(yīng)、自放電較小和循環(huán)壽命長，所以1991年索尼公司將鋰離子

7、電池商品化后，鋰離子電池迅速的占領(lǐng)了電池的市場。1.1聚合物鋰離子電池簡介鋰離子電池是指以兩種不同的能夠可逆地插入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物分別作為電池正極和負(fù)極的二次電池體系。該電池體系的研究始于20世紀(jì)80年代，1980年M.Armand等人首先提出用嵌鋰化合物來代替次鋰電池中的金屬鋰負(fù)極，并提出“搖椅式電池”（rocking chair battery）的概念1。聚合物鋰離子電池（Liquified Lithium Ion Batteries），也稱塑料鋰離子電池（Plastic Lithium Ion Batteries），均可簡寫為PLI電池，是指美國貝爾通訊研究中心1995年申請美國

8、發(fā)明專利，于1996年三次國際會議上介紹的層壓式鋰離子電池，以與日本索尼株式會社1990年推出的鋰離子電池相區(qū)別它們的正負(fù)極及隔膜都含有有機(jī)聚合物材料，但只有前者正、負(fù)極極膜及隔膜中都含有增塑劑經(jīng)塑化后又被萃取出來，而且電池殼也是由兩層或三層塑料薄膜夾一層鋁箔壓制成的塑鋁軟包裝袋，稱塑料鋰離子電池也很符合實(shí)際。這類電池除和液體鋰離子電池一樣有高的工作電壓（平均3.7V），因而有高的比功率，有長的循環(huán)壽命，基本無公害，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)外，更有可以薄型化，容易改變形狀，非常適合電器小型化發(fā)展趨勢的要求，因此有大的發(fā)展空間。貝爾電池有接近液體鋰離子電池的性能，但生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，特別是正極膜、負(fù)極膜

9、、隔膜制備過程中均要先加入大量增塑劑，塑化后又要求把增塑劑全部提取出來，留出空隙吸收電解液，使得難于大規(guī)模生產(chǎn)于是引發(fā)了同樣性能而省去增塑劑加入和提出過程的開發(fā)研究，比較成功的就是所謂凝膠電解質(zhì)鋰離子電池，實(shí)際是溶脹聚合物和電解液的復(fù)合體，也可將這些聚合物電解質(zhì)涂覆于原來液體鋰離子電池隔膜兩邊進(jìn)行改型，這類電池可統(tǒng)稱為聚合物鋰離子電池，簡稱PLI電池2。1.2聚合物鋰離子電池研究進(jìn)展現(xiàn)在聚合物鋰離子電池主要應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦及電子產(chǎn)品上。而在不久的將來聚合物鋰離子電池將用在動力車上充當(dāng)動力電源。這都?xì)w功于聚合物鋰離子電池的研究。聚合物鋰離子電池的研究主要是在電解質(zhì)上。1.2.1干態(tài)聚合物電

10、解質(zhì)干態(tài)聚合物電解質(zhì)是由高分子基質(zhì)與摻雜的納米級鋰鹽混合形成的絡(luò)合物。其體系中不含增塑劑。這種電解質(zhì)在室溫下的電導(dǎo)率較低 (10-5S/m10-8S/m) ,組裝的鋰離子蓄電池只適宜于在60140的中溫環(huán)境下工作。當(dāng)聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率達(dá)0.1 S/ m以上時,聚合物鋰離子電池才能在室溫下工作3。因此干態(tài)聚合物電解質(zhì)組成的聚合物鋰離子電池要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還是有一定的距離。1.2.2凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)是由聚合物、增塑劑與溶劑通過互溶方法形成的具有適宜微觀結(jié)構(gòu)的聚合物網(wǎng)絡(luò),利用固定在微觀結(jié)構(gòu)中的液態(tài)電解質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)。它具有固態(tài)聚合物的穩(wěn)定性,可塑性和干態(tài)特點(diǎn),又具有液態(tài)電解

11、質(zhì)的高離子導(dǎo)電性即液態(tài)電解質(zhì)分子固定在聚合物網(wǎng)絡(luò)中,而電極和電解質(zhì)內(nèi)部具有高離子導(dǎo)電性3。目前發(fā)展的較好的聚合物鋰離子電池就是凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池。1.2.3聚合物電解質(zhì)添加劑添加劑可以分為成膜添加劑、阻燃添加劑、導(dǎo)電添加劑和多功能添加劑。成膜添加劑用于在電池首次充電過程中形成優(yōu)良的固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜,實(shí)現(xiàn)電解液與電極間良好的相容性,從而拓寬電解液的種類和鋰離子電池的適用范圍。阻燃添加劑能夠在受熱時釋放出具有阻燃性能的自由基,該自由基可以捕獲氣相中的氫自由基或氫氧自由基,從而阻止氫氧自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),使有機(jī)電解液的燃燒無法進(jìn)行或難以進(jìn)行,提高鋰離子電池的安全性能。目前,用作

12、鋰離子電池電解液阻燃添加劑的化合物大多為有機(jī)磷化物、有機(jī)鹵化物和磷-鹵、磷-氮復(fù)合有機(jī)化合物,我們分別稱之為磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑和復(fù)合阻燃劑。導(dǎo)電添加劑的作用是添加劑分子與電解質(zhì)離子發(fā)生配位反應(yīng),促進(jìn)鋰鹽的溶解和電離,減小溶劑化鋰離子的Stokes半徑。這些配體添加劑按其在電解液中與電解質(zhì)粒子的作用情況可分為陽離子配體、陰離子配體和中性配體。同時具有以上兩種以上功能的添加劑稱之為多功能添加劑。多功能添加劑是鋰離子電池的理想添加劑,這類添加劑可以從多方面改善電解液的性能,對提高鋰離子電池整體電化學(xué)性能具有突出的作用,正在成為未來添加劑研究和開發(fā)的主攻方向3。1.3聚合物鋰離子電池的移動電源踏進(jìn)

13、21世界，科技不停的發(fā)展，人類由電器時代進(jìn)入信息時代。而我們的移動通信工具也不同的在變，由傳呼機(jī)到大哥大，再到移動電話，而現(xiàn)在發(fā)展到觸屏手機(jī)。我們現(xiàn)在無不是浸泡在科技的成果當(dāng)中，但是觸屏手機(jī)對能量的需求比以往的各代通信工具都要大，以至于產(chǎn)生了移動電源這一產(chǎn)品。移動電源這一產(chǎn)品基本上是許多人長期帶在身邊的，因此，產(chǎn)品的安全性、容量、質(zhì)量等等都是必須考慮的。因?yàn)榫酆衔镤囯x子電池具有：a塑型靈活性，可以制成各種形狀的電池；b.完美的安全可靠性，不易燃燒；c.更長的循環(huán)壽命，容量損失少；d.體積利用率高，比液體鋰離子電池要高10%20%4等優(yōu)點(diǎn)，因此聚合物鋰離子電池應(yīng)用在移動電源上是一個上乘的選擇。2

14、設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的電池型號為4047108方型聚合物鋰離子電池。由于本設(shè)計(jì)是建立在許多文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上及鋰離子電池領(lǐng)域的工作人員上，沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，所以工藝流程中的各種參數(shù)可能不能達(dá)到要求。聚合物鋰離子的計(jì)算中很多的參數(shù)必須只有通過實(shí)驗(yàn)才能獲得，但是本設(shè)計(jì)只用了經(jīng)常用的數(shù)值，所以計(jì)算中的數(shù)值跟實(shí)際的有出入。本設(shè)計(jì)只是為設(shè)計(jì)電池提供一條明確的路。本設(shè)計(jì)主要的步驟如下：選擇電池的型號分工查找工藝流程工藝參數(shù)等確定設(shè)計(jì)方案計(jì)算成本核算設(shè)備選型及車間布局三廢處理設(shè)計(jì)方案匯總。2.2材料選擇本設(shè)計(jì)的電池針的是小型的聚合物鋰離子電池，小型的聚合物鋰離子電池主要用在手機(jī)上，這就要求電池從容量

15、、循環(huán)壽命上有一定的優(yōu)點(diǎn)。2.2.1正極材料的選擇正極材料的選擇比較多，本設(shè)計(jì)的正極材料主要從下面的材料中選擇：表2.2.1鋰離子電池的常見材料正極材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鈷酸鋰（LiCoO2)容量較高（140mAhg-1)循環(huán)性能好可大電流充放電資源有限價格高鎳酸鋰（LiNiO2)容量較高（190mAhg-1)價格低循環(huán)性能較差安全性能差生產(chǎn)控制困難錳酸鋰（LiMn2O4)價格低，資源豐富大電流充放電性能好安全性能好環(huán)境污染少容量低（120mAhg-1)容量衰減快（5060)磷酸鐵（LiFePO4）壽命長安全性能好大電流充放電性能好導(dǎo)電性差振實(shí)密度低一致性差不耐低溫從容量、循環(huán)壽命等方面綜合考慮，最終選

16、擇了鈷酸鋰為正極材料。2.2.2負(fù)極材料的選擇負(fù)極材料的選擇上主要是從人造石墨與MCMB中選擇，由于MCMB相比與人造石墨有a球狀結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)緊密堆積，可望提高負(fù)極體積比容量；bMCMB的光滑表面和低比表面積可以減少充電過程中電極表面副反應(yīng)的發(fā)生；c.球形結(jié)構(gòu)使鋰離子可以在各個方面嵌入和脫出5。2.2.3 聚合物電解質(zhì)膜以聚丙烯（pp）膜為基體，在含鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）增塑劑的聚合物電解質(zhì)溶液中浸涂。聚合物電解質(zhì)膜中PP復(fù)合膜工藝簡單，價格便宜因而采用。2.2.4電解液本設(shè)計(jì)采用1M六氟磷酸鋰（LiPF6） 碳酸乙烯酯（EC）: 碳酸二乙酯（DEC）: 碳酸二甲酯（DMC）1:1:1為

17、電解液。3工藝流程3.1工藝流程圖負(fù)極集流體超聲波焊萃取烘干電池包裝密封充電解液化成密封分選老化成品電解液正極混料負(fù)極混料正極涂膜負(fù)極涂膜隔膜混料涂膜壓制正極壓制負(fù)極正極集流體卷繞入殼鋁極耳鎳極耳鋁箔包裝材料壓制成型圖3.1工藝流程圖3.2工藝流程介紹3.2.1正、負(fù)極材料混料3.2.1.1正、負(fù)極材料預(yù)處理a鈷酸鋰（LiCoO2）：在空烤箱中，以120常壓烘烤2小時左右。b導(dǎo)電劑：在空烤箱中，以200常壓烘烤2小時左右。cN-甲基吡咯烷酮（NMP）：使用干燥分子篩脫水然后使用。3.2.1.2正、負(fù)極材料配比正極材料配比：LiCoO2 78% 、導(dǎo)電碳黑（Super-P）7%、聚偏氟乙烯-六氟

18、丙烯（PVDF-HFP）15%、DBP 50%相對于（PVDF-HFP+ DBP）。負(fù)極材料配比：MCMB 85%、Super-P3 %、PVDF-HFP 12%、DBP 50%相對于（PVDF-HFP+ DBP）6。3.2.1.3正、負(fù)極材料混料在正極材料混料工藝中，將LiCoO2與Super-P混合均勻，再將PVDF-HFP、DBP和NMP在50混合靜置3小時，再將上述兩種混料倒入攪拌機(jī)中，以4000r/min的速度混合10min。在負(fù)極混料中，將MCMB與Super-P混合均勻，再將PVDF+HFP、DBP的NMP以及混好的料倒入攪拌機(jī)，以4000r/min的速度混合10min7。3.2

19、.2正、負(fù)極制膜將混合好的料壓用涂布機(jī)涂在基板上，自然干燥10min，制成正、負(fù)極膜。正、負(fù)極膜切邊，進(jìn)入下一工序。3.2.3 聚合物膜浸涂以聚丙烯（pp）膜為基體，在含DBP增塑劑的聚合物電解質(zhì)溶液中浸涂，制得聚合物鋰離子膜，進(jìn)入下一工序6。3.2.4壓制聚合物正、負(fù)極將正、負(fù)極膜片分別放入輥壓機(jī)中與其對于的集流體（正極鋁箔，負(fù)極銅箔）輥壓，輥壓溫度控制在120到130之間，壓力為3104到5105pa，制成正、負(fù)極片。3.2.5卷繞、入殼將制作好的聚合物膜、負(fù)極膜、正極膜等放入方形自動卷繞機(jī)中，設(shè)置好參數(shù)，卷繞成電芯，然后入殼。3.2.6超聲波焊接自動制片機(jī)中將正、負(fù)極的極耳（正極鋁、負(fù)極

20、鎳）焊接上。3.2.7萃取用乙醇將DBP從電池半成品中萃取出來。3.2.8烘干、電池包裝和密封將電芯烘干，裝入電池包裝中，然后密封。3.2.9充電解液注液房相對濕度：30%，溫度：205,電解液的組成：1MLiPF6EC:DEC:DMC1:1:1,將電解液充入電池中。3.2.10化成化成室要求相對濕度：30%0.5C mA 恒流充電至4.2V后，轉(zhuǎn)4.2V恒壓充電，截止電流是0.05C mA，限時120分鐘； 靜置10 min；0.5C mA 恒流放電至2.75V，限時150分鐘；靜置10 min；1.0C mA 恒流充電至4.2V后，轉(zhuǎn)4.2V恒壓充電，截止電流是0.05C mA，限時120

21、分鐘；靜置10 min；1.0C mA 恒流放電至2.75V，限時100分鐘；靜置10 min；1.0C mA 恒流充電至3.85V，限時45min；然后轉(zhuǎn)3.85V恒壓充電，截止電流是0.01C mA，限時120min；停止 3.2.11密封密封要求環(huán)境相對濕度小于1.5%。送入自動封口機(jī)中進(jìn)行正極極耳與蓋帽的焊接以及四次封口，分別是一封、二封、三封和蹲封，保證電池密封性。3.2.12分選封口完以后需對電池的密封性進(jìn)行檢查，將不良品挑出。3.2.13老化充電步驟，給電芯充電，使其電壓升高至初始電芯電壓4.2伏；放置步驟，將電芯在預(yù)定的老化處理溫度環(huán)境下放置處理。所述放置處理時間為2周。老化處

22、理溫度為25。3.2.14成品用噴碼機(jī)將電池噴碼，然后裝箱打包送交客戶。4電池有關(guān)參數(shù)的計(jì)算及成本核算4.1電池有關(guān)參數(shù)的計(jì)算本設(shè)計(jì)的聚合物鋰離子電池型號為4047108。設(shè)計(jì)中用到的相關(guān)參數(shù)見表和表。設(shè)計(jì)中取容量平衡系數(shù)為1.10；正極冷壓密度為3.0g/cm3；負(fù)極冷壓密度為1.3g/cm3； 烘烤后正負(fù)極膜片反彈系數(shù)均為1.02；半電狀態(tài)正極膜片總反彈系數(shù)（包括烘烤、注液、化成過程中的厚度反彈）為1.08；半電狀態(tài)負(fù)極膜片（包括烘烤、注液、化成過程中的厚度反彈）為1.15 8。表4.1 4047108正負(fù)極配方、材料性質(zhì)材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%真實(shí)密度/(g/cm3)質(zhì)量比容量/(mAh/g)正

23、極LiCoO278.04.97140PVDF-HFP151.77Super-P72負(fù)極MBMC852.2330PVDF-HFP121.77Super-P32表4.2 4047108材料性質(zhì)材料寬/mm厚/mm密度/(g/cm3)電導(dǎo)率/10-8m孔隙率Al箔0.0162.62.6548Cu箔0.0128.581.6780Al極耳30.082.72.6548Ni極耳30.088.96.8400PP隔離膜0.0160.9245%鋁塑膜0.1151.5634.1.1電池最終尺寸電池厚=3.95mm 電池寬=46.50mm 電池長=107.50mm此電池設(shè)計(jì)長、寬、高均為負(fù)公差。4.1.2帶電狀態(tài)裸電

24、芯尺寸帶電狀態(tài)裸電芯厚=電池厚2鋁塑膜厚 =3.9520.115=3.72（mm）帶電狀態(tài)裸電芯長=沖膜內(nèi)坑長度=電池長3.51.9=107.53.51.9=102.1（mm）（3.5封口預(yù)留，1.9預(yù)留）帶電狀態(tài)裸電芯寬=沖膜內(nèi)坑寬度=電池寬1.9=46.51.9=44.6（mm）4.1.3卷繞層數(shù)、極片面密度取正極最大面密度22mg/cm2負(fù)極最大面密度=9.42mg/cm2正極冷壓厚度（22mg/cm2面密度）=正極面密度正極冷壓密度1002+ Al箔厚=223.01002+0.016=0.163（mm）負(fù)極冷壓密度（9.42mg/cm2面密度）=負(fù)極面密度負(fù)極冷壓密度1002+ Cu箔

25、厚=9.421.31002+0.012=0.157（mm）正極半電狀態(tài)厚度（22mg/cm2面密度）=（正極冷壓密度Al箔厚）正極膜片總反彈系數(shù)+Al箔厚=（0.1630.016）1.08+0.016=0.175（mm）負(fù)極半電狀態(tài)厚度（9.42mg/cm2面密度）=（負(fù)極冷壓密度Cu箔厚）負(fù)極膜片總反彈系數(shù)+Cu箔厚=（0.1570.012）1.15+0.012=0.179（mm）對應(yīng)半電狀態(tài)一層卷繞厚度=正極半電狀態(tài)厚度+負(fù)極半電狀態(tài)厚度+2PP聚合物膜厚=0.175+0.179+20.016=0.386（mm）對應(yīng)層數(shù)=9.596層假設(shè)取層數(shù)為10層對應(yīng)半電狀態(tài)一層卷繞厚度=0.371（

26、mm）（正極面密度正極冷壓密度1002正極膜片總反彈系數(shù)）+（負(fù)極面密度負(fù)極冷壓密度1002負(fù)極膜片總反彈系數(shù)）=帶電狀態(tài)正極膜片厚度（雙層）+帶電狀態(tài)負(fù)極膜片厚度（雙層）=0.37120.0160.0120.016=0.311（mm）（正極面密度3.010021.08）+（負(fù)極面密度1.310021.15）=0.311（mm）=1.10計(jì)算得負(fù)極面密度=9.02mg/cm2正極面密度=21.07mg/cm2層數(shù)=10層4.1.4裸電芯、電池厚度冷壓后正極極片厚度=正極面密度正極冷壓密度1002+ Al箔厚=21.073.01002+0.016=0.157（mm）烘烤后正極極片厚度=正極面密度

27、正極冷壓密度1002烘烤后正極膜片反彈系數(shù)+ Al箔厚=21.073.010021.02+0.016=0.160（mm）半電狀態(tài)正極極片厚度=正極面密度正極冷壓密度1002正極膜片總反彈系數(shù)+Al箔厚=21.072.510021.08+0.016=0.168（mm）冷壓后負(fù)極極片厚度=負(fù)極面密度負(fù)極冷壓密度1002+Cu箔厚=9.021.31002+0.012=0.151（mm）烘烤后負(fù)極極片厚度=負(fù)極面密度負(fù)極冷壓密度1002烘烤后負(fù)極膜片反彈系數(shù)+Cu箔厚=9.021.310021.02+0.012=0.154（mm）烘烤后一層卷繞厚度=烘烤后正極極片厚度+烘烤后負(fù)極極片厚度+2聚合膜厚度

28、=0.160+0.154+20.016=0.346（mm）半電狀態(tài)負(fù)極極片厚度=負(fù)極面密度負(fù)極冷壓密度1002負(fù)極膜片總反彈系數(shù)+Cu箔厚=9.021.310021.15+0.012=0.172（mm）裸電芯厚度=鋁塑膜沖深=（烘烤后正極極片厚度+烘烤后負(fù)極極片厚度烘烤+2聚合膜厚度）層數(shù)+ Al箔厚=（0.160+0.154+20.016）10+0.016=3.48（mm）半電狀態(tài)裸電芯厚度=（半電狀態(tài)正極極片厚度+半電狀態(tài)負(fù)極極片厚度+2聚合膜厚度）層數(shù)+ Al箔厚=（0.168+0.172+20.016）10+0.016=3.74（mm）電池厚度=（0.168+0.177+20.016）

29、10+0.016+20.115=3.97（mm）4.1.5卷芯計(jì)算卷芯周長=（帶電狀態(tài)裸電芯寬帶電狀態(tài)裸電芯厚）2=（44.63.72）2=81.76（mm）因?yàn)榫磲槥殚L方形卷針，卷針總厚度為1.2mm，則卷針長度=81.7621.2=39.68（mm）4.1.6極片、隔離膜尺寸計(jì)算（極片長度圖如圖4.1極片長度示意圖）圖4.1極片長度示意圖隔離膜寬度=102.1+0.4=102.5（mm）負(fù)極寬度=Cu箔寬度=102.52=100.5（mm）正極寬度=Al箔寬度=100.51=99.5（mm）正極L1（正極總長度）=Al箔長度=（10+1）81.762+3.1422（0.160/2+0.01

30、62+0.154）+（101）0.346102=408.8+23.49=479（mm）正極L2（正極極耳寬度+余量1）=3+2=5（mm）（假設(shè)余量1為2mm）正極L4(負(fù)極極耳寬度+余量2）2=（3+2）2=10（mm）正極L3（卷針長度/2正極L2正極L4/2）=81.7625102=31（mm）正極L5（卷針周長+第n折轉(zhuǎn)角半圓長度+余量3）=81.76+3.14（10+1）0.3460.16024+4=89（mm）（假設(shè)余量3為4mm）正極L6（余量3）=4mm負(fù)極L1（負(fù)極總長度）+Cu箔長度=1081.762+3.1422（0.16+0.016+0.1542）+（1020.346（

31、101）2=432（mm）負(fù)極L2（負(fù)極極耳寬度）=3mm負(fù)極L4（正極極耳寬度2）=32=6（mm）負(fù)極L3（卷針周長/2負(fù)極L2負(fù)極L4/2）=81.762362=35（mm）隔離膜長度=負(fù)極L12+設(shè)計(jì)余量2=4322+10=874（mm）4.1.7電解液質(zhì)量計(jì)算正極膜片真實(shí)密度=1（78%4.97+7%2+15%1.77）=3.61（g/cm3）正極膜片孔隙率=13.03.61=16.9%正極膜片體積=99.5（24792510894）（0.1570.016）16.9%=2003.5（mm3）負(fù)極膜片真實(shí)密度=1（85%1.7+3%2+12%1.77）=1.72（g/cm3）負(fù)極膜片孔

32、隙率=11.31.72=24.4%負(fù)極膜片孔體積=100.5（2432236）0.15124.4%=3154.8（mm3）隔離膜孔體積=874102.50.01645%=645.1（mm3）裸電芯孔總體積=2003.5+3154.8+645.1=5803.4（mm3）電解液質(zhì)量=5803.41.210001.06=7.382（g）4.1.8電芯質(zhì)量計(jì)算Al箔質(zhì)量=47999.50.01610002.6=1.99（g）Cu箔質(zhì)量=432100.50.01210008.6=4.481（g）正極膜片質(zhì)量=21.07100010099.5（24792510894）=17.698（g）負(fù)極膜片質(zhì)量=9.

33、021000100100.5（2432236）=7.724（g）隔離膜質(zhì)量=874102.50.016（10.45）0.921000=0.726（g）鋁塑膜質(zhì)量=222（46.5+4）20.1151.5631000=4.031（g）（兩側(cè)封寬各為4mm）Al極耳質(zhì)量=6030.082.71000=0.039（g）（假設(shè)取極耳總長度為60mm，忽略極耳膠質(zhì)量影響）Ni極耳質(zhì)量=6030.088.91000=0.128（g）（假設(shè)取極耳總長度為60mm，忽略極耳膠質(zhì)量影響）電芯質(zhì)量=1.99+4.481+17.698+7.772+0.726+4.031+0.034+0.178+7.382=44.3

34、0（g）（忽略內(nèi)部膠紙的影響，包括極耳包膠及收尾處的定位膠）4.1.9容量計(jì)算容量=17.6980.78140=1932（mAh)4.1.10內(nèi)阻計(jì)算設(shè)體系單位面積離子電阻約為620000mmm2離子電阻=620000（102.52432）=7.01（m）Cu箔電阻=1.678（4322）（0.012102.5）100=2.95（m）Al箔電阻=2.6548（4792）（0.016101.5）100=3.92（m）Al極耳電阻=2.6548（107.52）（0.083）100=5.95（m）Ni極耳電阻=6.84（107.52）0.083）100=15.32（m）電芯內(nèi)阻=7.01+2.95+

35、3.92+5.95+15.32=35.2（m）4.2成本核算表4.2成本核算表材料單價用量價格/元LiCoO2150000元/噸13.81g2.0715super-p 2200元/噸1.4706g0.0033DEC12000元/噸2.051g0.0247DMC7200元/噸2.193g0.0158EC15000元/噸2.712g0.0407DBP11000元/噸3.59g0.0395PVDF-HFP200000.00元/噸3.59g0.718LiPF6260000.00元/噸0.426g0.1108CMCB108000元/噸6.5654g0.7091NMP18500元/噸13.7646g0.2

36、547鋁箔24600.00元/噸1.99g0.0490銅箔80000.00元/噸4.481g0.3585鋁極耳0.020元/條1條0.0200鎳極耳18000.00元/噸0.128g0.0024PP隔膜13800.00元/噸0.726g0.0101鋁塑膜3.92元/平方米0.000023平方米0.00014047108型聚合物鋰離子電池4.83綜上，4047108型聚合物鋰離子電池的容量為：1900mAh；總成本為4.83元；即2.55元/Ah。5設(shè)備選型及車間布局5.1設(shè)備選型根據(jù)本設(shè)計(jì)的工藝流程選出下列設(shè)備： 表5.1 設(shè)備選型表工序設(shè)備型號配料、制漿攪拌雙行星攪拌機(jī)SXL-200L涂布輥

37、壓間歇涂布機(jī)XC輥壓輥壓機(jī)MAG-20分條東莞鴻寶連續(xù)全自動分條機(jī)HBFT-F600焊接極耳科威超聲波極耳焊接機(jī)20KHZ.KWS-2020AC1卷繞深圳市吉陽方形自動卷繞機(jī)GPCA-2H入殼華創(chuàng)全自動入殼機(jī)HCM-ZDRKJ封口珠海美爾達(dá)圓柱電池封裝機(jī)26650型注液深圳市典名轉(zhuǎn)盤注液機(jī)DMKJ=FXZYJ-4-20-A化成，分選廣州藍(lán)奇自動檢測化成設(shè)備BK-3512LP/2烘干多層擱檔式干燥箱隆正LOZO系列性能測試聚合物鋰離子電池性能測試儀RFNT4設(shè)備檢測東莞貝爾實(shí)驗(yàn)設(shè)備BE-60455.2車間布局車間布局如圖：圖5.2 車間布局圖車間布局中原料倉必須與配料車間靠近，盡量的使每個車間一

38、次走到底就是一個生產(chǎn)流程，做到最有效率的物流線。6三廢處理6.1 NMP的處理流程廢氣（主要成分NMP）預(yù)處理裝置（加入共凝劑）冷凝器提純處理（NMP提?。┕材齽┗厥侦F化NMP回收再用其他氣體圖6.1 NMP的處理流程圖NMP 是一種以-丁內(nèi)酯為原料，與甲氨縮合而成的液體，揮發(fā)性和滲透性極強(qiáng)，PH值為7-9 堿性，而且易燃易爆。所以對于NMP 的回收，裝置的配置安裝有許多的注意點(diǎn)，以確保安全性和有效性。工藝回收原理是：加入能與NMP互溶且沸點(diǎn)較低的共凝劑，采用共凝原理回收。用冷卻水經(jīng)水-氣換熱器將含有NMP的高溫空氣冷卻,使廢氣中的NMP以液態(tài)的形式從空氣中分離后回收,已分離NMP的空氣經(jīng)過氣-氣換熱器進(jìn)行熱能交換再循環(huán)利用,共凝劑也可循環(huán)再用，達(dá)到節(jié)省能源,零排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)9。6.2廢渣處理在鋰離子電池的制作過程中，所產(chǎn)生的廢渣主要是碳渣，另外還有制作過程失敗所產(chǎn)生的鈷酸鋰、super-p、PVDF-HFP、MCMB，隔膜、保護(hù)板的塑料殘余物，集流體、極耳、鋁殼的金屬碎料。其中塑料和金屬都可以通過物理方法分類回收再利用，PVDF-HFP、MCMB屬于安全物品，可以作堆放處理。鈷酸鋰的處理：(1)鈷的溶解：在80下，用6mol/L HCL溶解廢渣1.5h (2)鈷的回收：加入適量NaOH，使