鋰離子電池生產(chǎn)配料基礎(chǔ)知識

1、鋰離子電池生產(chǎn)配料基礎(chǔ)知識一、電極的組成:1、正極組成:a、鈷酸鋰:正極活性物質(zhì),鋰離子源,為電池提供鋰源。b、導(dǎo)電劑:提高正極片的導(dǎo)電性,補償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高正極片的電解液的吸液量,增加反應(yīng)界面,減少極化。c、PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。d、正極引線:由鋁箔或鋁帶制成。2、負極組成:a、石墨:負極活性物質(zhì),構(gòu)成負極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。b、導(dǎo)電劑:提高負極片的導(dǎo)電性,補償負極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高反應(yīng)深度及利用率。防止枝晶的產(chǎn)生。利用導(dǎo)電材料的吸液能力,提高反應(yīng)界面,減少極化。(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加。c、添加

2、劑:降低不可逆反應(yīng),提高粘附力,提高漿料黏度,防止?jié){料沉淀。d、水性粘合劑:將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。e、負極引線:由銅箔或鎳帶制成。二、配料目的:配料過程實際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起,調(diào)制成漿料,以利于均勻涂布,保證極片的一致性。配料大致包括五個過程,即:原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。配(一、正極配料原理1、原料的理化性能。(1鈷酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為6-8m,含水量0.2%,通常為堿性,PH 值為10-11左右。錳酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為5-7m,含水量0.2%,通常為弱堿性,PH值為8左右。(2導(dǎo)

3、電劑:非極性物質(zhì),葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值300,粒徑一般為2-5m;主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等,在大批量應(yīng)用時一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中性。(3PVDF(聚偏二氟乙烯粘合劑:非極性物質(zhì),鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性變差。(4NMP(N-甲基吡洛烷酮:弱極性液體,用來溶解/溶脹PVDF,同時用來稀釋漿料。2、原料的預(yù)處理(1鈷酸鋰:脫水。一般用120常壓烘烤2小時左右。(2導(dǎo)電劑:脫水。一般用200常壓烘烤2小時左右。(3粘合劑:脫水。一般用120-140常壓烘烤2小時左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。(4NMP:

4、脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施,直接使用。3、原料的摻和:(1粘合劑的溶解(按標準濃度及熱處理。(2鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起,提高團聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質(zhì),通常使用瑪瑙球作為球磨介子。4、干粉的分散、浸濕:(1原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,將會吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入后,液體與氣體開始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強,液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強,液體可以浸濕固體,將氣體擠出。當潤濕角90度,固體浸

5、濕。當潤濕角90度,固體不浸濕。正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕,所以正極粉料分散相對容易。(2分散方法對分散的影響:A、靜置法(時間長,效果差,但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu);B、攪拌法;自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時間短,效果佳,但有可能損傷個別材料的自身結(jié)構(gòu)。1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài),效果佳。2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結(jié)構(gòu)和對設(shè)備的損傷就越大。3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分

6、散速度越快,但太稀將導(dǎo)致材料的浪費和漿料沉淀的加重。4、濃度對粘結(jié)強度的影響。濃度越大,柔制強度越大,粘接強度越大;濃度越低,粘接強度越小。5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮,太冷漿料的流動性將大打折扣。5、稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。(二、負極配料原理(大致與正極配料原理相同1、原料的理化性能。(1石墨:非極性物質(zhì),易被非極性物質(zhì)污染,易在非極性物質(zhì)中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石

7、墨,在水中分散后,容易重新團聚。一般粒徑D50為20m左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則,主要有球形、片狀、纖維狀等。(2水性粘合劑(SBR:丁苯橡膠:小分子線性鏈狀乳液,極易溶于水和極性溶劑。(3防沉淀劑(CMC:羧甲基纖維素:高分子化合物,易溶于水和極性溶劑。(4異丙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈,提高粘結(jié)強度。乙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈,提高粘結(jié)強度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的,大批量生產(chǎn)時可考慮成本因素然后

8、選擇添加哪種。(5去離子水(或蒸餾水:稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動性。2、原料的預(yù)處理:(1石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300400常壓烘烤,除去表面油性物質(zhì),提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低。(2水性粘合劑:適當稀釋,提高分散能力。3、摻和、浸濕和分散:(1石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。(2可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合。(3應(yīng)適當降低攪拌濃度,提高分散性。(4分散過程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應(yīng),攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當升高攪拌溫度,

9、使吸熱變得容易,同時提高流動性,降低分散難度。(5攪拌過程如加入真空脫氣過程,排除氣體,促進固-液吸附,效果更佳。(6分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容,在三、(一、4中有詳細論述,在此不予詳細解釋。4、稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。四、配料注意事項:1、防止混入其它雜質(zhì);2、防止?jié){料飛濺;3、漿料的濃度(固含量應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整,以免增加麻煩;4、在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底,確保分散均勻;5、漿料不宜長時間擱置,以免沉淀或均勻性降低;6、需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入,以免組分材料性質(zhì)變化;7、攪拌時間的長短以設(shè)備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難

10、度進行更換,無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進行調(diào)整,以免損傷設(shè)備;8、出料前對漿料進行過篩,除去大顆粒以防涂布時造成斷帶;9、對配料人員要加強培訓(xùn),確保其掌握專業(yè)知識,以免釀成大禍;10、配料的關(guān)鍵在于分散均勻,掌握該中心,其它方式可自行調(diào)整。五、總論:隨著電池制程的日益透明,鋰離子電池生產(chǎn)廠家越來越將配料列為核心機密,因為從材料的挑選、處理到合理搭配包含了太多技術(shù)人員的心血,同樣的材料,有的廠家用起來特別順利,有的廠家就麻煩百出;有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池,而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹;本人在此發(fā)表配料的基礎(chǔ)知識,旨在讓大家對配料的了解多一些,少走一些彎路;但因本人水

11、平有限,難免有疏漏之處,希望大家多多批評指正。我也期望大家在工作中認真研究,真誠交流,大膽創(chuàng)新,團結(jié)起來,共同促進中國鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。電池名詞電池:指通過正負極之間的反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.一次電池:指無法進行充電,僅能放電的電池,但一次電池容量一般大于同等規(guī)格充電電池,如鋅錳、堿性干電池,鋰扣電池,鋰亞電池等。二次電池:指可反復(fù)充電再循環(huán)的電池,如鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子、鋰聚合物、燃料、鋅、鋁、鎂空氣電池等。額定容量:指電池在充滿電後,空載狀態(tài)下放電至截止電壓時,所能釋放出的電能量,一般以mAh 或Ah(1Ah=1000mAh符號來表示。但如果電池使用時連接負載及長期使用后

12、,電池釋放的電量會下降。容量由于充放電是在一定的C-倍率條件下進行的,因此電池的容量與C-倍率直接相關(guān)。通常情況下電池的標稱容量是指0.2C條件下測試得到的電容量。C-倍率越大,電池的放電率越小。充電容量(Ah或者mAh=充電電流充電時間,放電容量(Ah或者mAh=放電電流放電時間。一般而言,0.2C電流放電基本能夠達到95%100%放電率,而1C電流放電只能能夠達到90%放電率左右,由于充電受電池原材料本身特性影響,相應(yīng)需要多充一部分時間,大致是同等電流放電時間的120160%,例如,NI-MHAA1800mAh,以0.2C (360mA充電約需68小時,而以0.2C(360mA放電約可以達

13、到5小時。額定電壓:指電池正負極材料因化學(xué)反應(yīng)而造成的電位差,由此產(chǎn)生的電壓值。不同電池由于正負極材料不同,產(chǎn)生的電壓是不一樣的,如鉛酸:2V/節(jié),鎳鎘、鎳氫:1.2V/節(jié),鋰離子電池:3.6V/節(jié)。另外,電池電壓會隨著充電的過程而不斷上升至某一值,會隨著放電的過程而不斷下降至某一值。開路電壓:指電池在沒有連接外電路或者外負載時的電壓。開路電壓與電池的剩余能量有一定的聯(lián)系,因此,手機的電池顯示器是利用這種關(guān)系而制造。內(nèi)阻:指電池內(nèi)部由化學(xué)材料自動生成的阻抗,一般而言,內(nèi)阻越小,電池的充放電性能越好。電池內(nèi)阻是一個非常復(fù)雜而又非常重要的特性,又稱為電池阻抗,包含直流電阻和交流電阻。影響電池內(nèi)阻的

14、因素有:電解質(zhì)的成份;正負電極片中的成份配方,例如導(dǎo)電碳粉的含量;正負電極片的幾何面積以及比表面積;金屬基片(銅箔和鋁箔;電解液與正負電極片界面狀態(tài);溫度;充電狀態(tài)(電池的開路電壓;測量頻率高低;電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。C:用來表示電池充放電時電流大小的比率,即倍率。如1200mAh的電池,0.2C表示240mA(1200mAh 的0.2倍率,1C表示1200mA(1200mAh的1倍率。充放電效率充放電效率也與C(倍率相關(guān),在0.2C 條件下,聚合物鋰電池的充放電效率應(yīng)該在99.8%。充放電效率=放電容量/充電容量100%放電截止電壓:指電池充滿電后進行放電,放完電時達到的電壓(若繼續(xù)放電則為過

15、度放電,對電池的壽命和性能有極大的損傷,一般而言,鉛酸電池:1.8V/節(jié),鎳鎘、鎳氫:1.0V/節(jié),鋰離子電池: 2.75V/節(jié)。開路電壓:指電池在無負載的情況下,電池正負極之間的電壓。放電深度:與電池額定容量比較,放電量的比率。過充(放電:指超過電池規(guī)定的充(放電狀態(tài),若繼續(xù)充(放電可能造成電池漏液或劣化。能量密度:指單位體積或單位質(zhì)量所釋放的能量,一般用體積能量密度(wh/l和質(zhì)量能量密度(wh/kg表示。自放電:電池充滿電之后,在與外電路沒有接觸和常溫放置的條件下,其電容量會自然衰減。在儲存過程中,電池蓄電容量會逐漸下降,其減少的容量與額定容量的比例,稱為自放電率(鎳鎘、鎳氫電池與鋰離子

16、電池相比,自放電率較大。通常,環(huán)境溫度對其影響較大,過高溫度會加速電池的自放電。電池容量衰減(自放電率的表達方法和單位為:%/月。鎳鎘、鎳氫電池的自放電率為20-25%/月,鋰電池的自放電率為2-5%/月。循環(huán)壽命:二次電池經(jīng)歷一次充放電稱為一個周期或一次循環(huán)。在一定的放電制度下,電池容量降至規(guī)定值之前,電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)稱為循環(huán)壽命。二次電池在反復(fù)充放電的使用下,電池容量會逐漸下降,一般以電池的額定容量為標準,當電池容量降至其60%或80%時的充放電次數(shù)稱為循環(huán)壽命。記憶效應(yīng):電池的記憶效應(yīng)是指為完全放電的電池,在下一次充電時所能充電的百分比。為了消除電池的記憶效應(yīng),在下半時充電之前,必須

17、先完全放電,然后再充電。只有這樣操作,才能百分之百的充滿電池。電池的記憶效應(yīng)給電池的快速充電帶來了不便。鎳鎘電池在沒有放完電的情況下進行充電,容量可能無法回到原有標準,但可以通過深度放電后大電流充電,容量可能會回復(fù)。鎳氫、鋰電池均無記憶效應(yīng)。CC/CV:CC即恒流,以固定的電流對電池充(放電;CV即恒壓,以固定的電壓對電池充電,充電電流會隨著電壓的上升而下降。對鉛酸電池一般采用恒壓方式充電,對鎳鎘、鎳氫電池一般采用恒流方式充電,對鋰離子電池一般采用先恒流后恒壓(4.2V/節(jié)方式充電。涓流充電:指以小於0.1C電流對電池充電,一般在電池接近充滿電時,進行補充充電時采用,另外,若負載對充電時間沒有

18、嚴格要求的話,建議采用涓流充電方式充電(在此情況下,電池使用壽命較長。-V:這是鎳鎘、鎳氫電池充電過程中的特性(即在電池接近充滿電時,電壓達到一個峰值后,對其繼續(xù)充電,電壓會有瞬間的微量下降,一般在35mV之間,充電芯片多根據(jù)-V值對電池進行控制。V/t:這是鎳鎘、鎳氫電池充電過程中的又一特性(即在電池接近充滿電時,電池表面溫度會隨著時間而快速上升,以每分鐘上升的溫度作為充電截止條件,一般設(shè)定在每分鐘上升1度作為截止點。充放電率(Stateofcharge,Depthofdischarge充電狀態(tài)和放電深度都是電池保有數(shù)量數(shù)值的表示方法。充放電狀態(tài)以百分比率來表示,以滿充電和滿放電為100%。

19、充電狀態(tài)稱為SOC;放電深度稱為DOD。如:DOD=250mAh/800mAh100%=31.25%(網(wǎng)上摘的,和大家學(xué)習(xí)共享,呵呵鋰電池型號命名含義單體鋰電池的命名多有四部分組成,第一部分是體系字母代號,就是上面說到的“C,E,W”;第二部分為形狀字母代號,“R”代表圓柱形,“S”代表方形,“F”代表扁方(口香糖形;第三部分為數(shù)字代表電池尺寸;第四部分為電池工作特性代號,“M”代表中倍率放電,“H”代表高倍率放電,“S”代表可在高溫(100-150攝氏度條件下工作。舉個例子:ER14500MS,表示可以一支可以接受高溫條件下中倍率放電的,直徑為14.0mm,高為50mm的鋰-亞硫酰氯圓柱體電

20、池。鋰電池里面大家比較能接觸的上的,并且真能使用的得到的電池,我看來就是鋰-二氧化錳電池,鋰-亞硫酰氯電池,鋰-二氧化硫電池三種。我就這三種電池來寫一點心得和使用經(jīng)驗。鋰-二氧化錳電池,常見,用的地方多,也很方便的可以買到,但是各個品牌質(zhì)量不一樣。除了在以前介紹過的紐扣型鋰-二氧化錳電池,最最常見的鋰-二氧化錳電池就是給上膠卷的普通相機上面用那幾種。CR2,CR123A,CRP2,2CR5。這四個型號的鋰-二氧化錳電池是非常常用的。我們銷售時候的行話分別把它們叫做“三伏短(CR2,三伏長(CR123A,六伏短(CRP2,六伏長(2CR5”。CR2,CR123A都是一支單體鋰-二氧化錳電池,CR

21、2也可以叫做CR15266,它的直徑為15.6mm,高為27.0mm,公稱電壓3.0V; CR123A也可以叫做CR17335,它的直徑為17.0mm,高為34.5mm,公稱電壓3.0V。CRP2,2CR5其實是電池組,里面都是兩支CR123A電池,只不過外面有一個很好看的塑料框架,串聯(lián)起來的兩支CR123A電池使CRP2,2CR5的電壓達到了6V。CRP2的直徑為35.0*19.5mm,高為36.0mm,公稱電壓6.0V;2CR5的直徑為34.0*17.0mm,高為45.0mm,公稱電壓6.0V。CRV3,CRV6電池,也是鋰-二氧化錳電池,都是兩支電池組成的電池組,CRV3是兩支電池并聯(lián)組

22、合使用,CRV6是兩支電池串聯(lián)組合使用,這兩種鋰-二氧化錳都是新近推出的品種,多使用在數(shù)碼相機上面。CRV3電池公稱電壓3.0V,尺寸14.5mm29mm52mm?？梢源鎯芍A堿性電池使用,不過是用的時候可要看看電池倉,有的可以放進去,有的還不能放。這點要注意。CRV6電池公稱電壓6.0V,尺寸14.5mm 29mm52mm。實物貨品我還沒有見過。所以就不能給大家介紹太多了。呵呵。鋰-二氧化錳電池屬于有機電解質(zhì)電池,是一種以經(jīng)過專門熱處理的電解二氧化錳粉末為正極,以鋰為負極,采用有機電解液的一次性電池。鋰-二氧化錳電池公稱電壓3.0V(約為一般堿性/鎳鎘/鎳氫電池的2倍多,;起始電壓可達到3.3V,工作電壓2.9V,終止放電電壓為2V;放電電壓穩(wěn)定。鋰-二氧化錳電池的比能量較大可達到250Wh/kg;工作溫度范圍寬-20+50;自放電率低(年自放電率2%,有較好的儲存性能(儲存時間4年以上,并且在存放期間無氣體逸出,安全性好。需要大家注意的是:!鋰-二氧化錳電池是一次性電池,不可以充電!不要妄圖給這種電池充電,這個看似“經(jīng)濟”的做法絕對是對