鋰電池制造工藝及裝備 課件匯 陳華 第2-7章 鋰電池原理與結構 -電池智能制造

第2章電池原理與結構鋰電池制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點1231.工程思維的方法---自我發(fā)現(xiàn)探求高效的方法，貫穿學習、工作和生活的過程科學邏輯積累改善目標愿景效率原則方法總結制造業(yè)基礎標準材料裝備智能化教學，不是注滿一桶水，而是點亮一把火—葉圣陶1.工程化思維的四個原則—工程哲學產業(yè)標準化可積累的改善可持續(xù)的發(fā)展綜合最優(yōu)化產業(yè)的基礎原理工程及產業(yè)發(fā)展的規(guī)律，科學原理的綜合。積累：經驗、方法、習慣、人脈、財富。高效、省力、節(jié)能、環(huán)保，產業(yè)發(fā)展定位基準錢學森《工程控制論》1954年。思考的方法。尋優(yōu)：沒有最好，只有更好。1.工作方法---自我總結和激勵工作方法相信自己能夠改變世界，高效工作，工具箱永不上鎖，隨時為我所用；懂得何時獨立工作，何時相互協(xié)作，不僅分享工具，更要分享思想；信任自己的伙伴，時刻求助，拒絕空想，拒絕官僚，因為，這里拒絕所有荒謬；自身能力無限，只要精益求精，挑戰(zhàn)不可能，制造世界就屬于我們；工作的優(yōu)劣，讓用戶判斷，新奇的想法并非都是壞想法；要不斷嘗試新的高效工作方式，每天都必須做出貢獻，否則，平凡將永遠是平凡，相信事在人為，只需用心協(xié)力，不斷地創(chuàng)造。

鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點1232.課程內容介紹3.1電池的分類、特點3.2鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點1233.1電池的分類、特點學科分類：化學電池、物理電池和生物電池三大類；電解液種類：堿性電池、酸性電池、有機電解液電池、中性電池、非水無機電解質電池、固體電解質電池工作性質及儲存方式劃分：一次電池、二次電池電池所用的正負極材料劃：鋅系列電池、鎳系列電池、鉛系列電池、鋰離子電池、鋰錳電池、空氣系列電池。電池特性:高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池、防爆電池。蓄電池，常說的電池是一種化學電源，即能將電能轉化為化學能儲存，也能通過其內部的化學反應向用電設備供電。一次電池（不可充電電池）?金屬鋰電池：鋰錳電池、鋰亞電池、鋰鐵電池?干電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池貯備電池：銀鋅電池二次電池（可充電電池）?可充電電池：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池其它電池（只能發(fā)電，不能儲電）?燃料電池：氫燃料電池、直接甲醇燃料電池?太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、光敏化學太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池。3.1電池的分類、特點3.1課程講解--電池的分類、特點電池種類：化學電池、物理電池和生物電池三大類1．化學電池：化學電池是利用物質的化學反應發(fā)電，

按工作性質分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池。原電池蓄電池燃料電池儲備電池3.12．物理電池：物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。車用動力蓄電池：鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。物理電池：超級電容器用在電動汽車。生物燃料電池：氫燃料電池和氧化物燃料電池。電池的分類、特點3．生物電池：生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。3.1電池的分類、特點1．電壓:V,mV

2．容量：Ah,mAh3．內阻:歐姆，4.能量：Wh或kWh

質量比能量：Wh/Kg體積比能量：Wh/L5．功率：W,KW

質量比功率，W/kg

體積比功率，W/L或kW/L6．輸出效率:輸入與輸出之百分比能量效率

容量效率7.放電深度(DOD)8．放電倍率：放電倍率等于放電電流與額定容量之比9．使用壽命：循環(huán)次數(shù)電池的性能指標

電動汽車對動力電池的要求1．比能量高：2．安全性好:3．比功率大:4．充放電效率高:5．相對穩(wěn)定性好:6．使用成本低:3.1電池的分類、特點3.1電池發(fā)展的歷史課程內容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鉛酸電池及干電池3.2常用干電池3.2鉛酸電池鉛酸電池（VRLA），電極：鉛及其氧化物，電解液：硫酸溶液。鉛酸放電態(tài)：正極為二氧化鉛，負極主鉛；充電態(tài)：正負極均為硫酸鉛。鉛酸的標稱電壓：2.0V，電壓范圍1.5V-2.4V；6個單格鉛酸電池串聯(lián)是12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等。3.2鋰電與鋰電發(fā)展的歷史鉛酸電池的特點：能量密度：30-60WH/Kg;壽命：500次；鉛碳：1500次；安全性好!鉛是重金屬，污染環(huán)境；課程內容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池3.3鋰電池及其分類鋰電池是一類由鋰化合物或鋰金屬為正/負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。導致鋰離子電池率先產業(yè)化。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。1991年索尼正式量產現(xiàn)代鋰離子電池。3.3鋰電池及其分類鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。充電正極上發(fā)生的反應為：LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(電子)充電負極上發(fā)生的反應為：6C+xLi++xe-

=LixC6充電電池總反應：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳（硫）為正極材料、金屬鋰或其合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。放電反應：Li+MnO2=LiMnO2鋰電池與其他二次電池的對比3.3二次電池分類鋰離子電池鎳氫電池鎳鎘電池鉛酸電池正極體系鋰過渡金屬氧化物氫氧化亞鎳氫氧化亞鎳二氧化鉛負極體系石墨等層狀物儲氫合金氧化鎘海綿鉛隔膜體系PP/PEPP或PEPP尼龍玻璃纖維棉電解液體系有機鋰鹽電解液KOH水溶液KOH水溶液稀硫酸標稱電壓3.0~3.71.21.22.0體積能量密度350~600wh/l320~350wh/l160~180wh/l65~wh/l重量能量密度180~300wh/kg60~65wh/kg40~45wh/kg25~30wh/kg電池原理離子遷移氧化還原氧化還原氧化還原充放電方法恒流恒壓充電恒流充電恒流充電恒流充電充電終點控制恒流/限壓恒流限時恒流限時恒流穩(wěn)壓安全性有一定隱患安全安全安全環(huán)保環(huán)保環(huán)保鎘污染鉛污染最佳工作溫度0℃~45℃-20℃~45℃-20℃~60℃-40℃~70℃價格（元/wh）0.7~0.8/wh3.5~4.0/wh2.2~2.8/wh0.7~1.0/wh充電器成本高（恒流恒壓）一般（控制恒流源）一般（控制恒流源）低（穩(wěn)壓源）高能量密度：質量比能量，150～300Wh/kg～500Wh/kg；

體積比能量，250～790Wh/L～1300Wh/L。?開路電壓高：可達3.2～4.2V。?

輸出功率大：可達300～5000W/kg(@20秒)。?無記憶效應:無記憶效應，可隨時充放電，使用維護簡便。

不要每次把電用完才充電?。。〉妥苑烹姡?lt;5％～10％/月。工作溫度范圍寬：可在-20℃～60℃之間正常工作。充、放電速度快；0.2C～5C。--但需謹慎！鋰離子電池的優(yōu)點3.3課程內容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鋰離子電池的原理

正極：鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2或LiXMnO2，負極：鋰-碳層間化合物LiXC6。電解質：溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機溶液。隔膜為帶孔的塑料。3.4在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為:“搖椅電池”。充放電過程：是一個漫長過程，嵌出、遷出，移動，進入，嵌入。電子轉移與離子遷移。電池充放電是物質轉移過程。鋰離子電池結構正極活性物質（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

導電劑、溶劑、粘合劑、基體(鋁箔)負極活性物質（石墨、MCMB)

粘合劑、溶劑、基體（銅箔）隔膜（PE、PP/PE/PP）電解液（LiPF6+DMCECEMC)五金和輔材（鋁殼、蓋板、極耳、膠紙、隔圈片）523450AR52表示厚度為：5.2mm34表示寬度為：34mm50表示高度為：50mmA表示為鋁殼R表示大圓角r表示小圓角3.43.4鋰離子電池原理與結構鋁殼電池結構軟包鋁塑膜電池結構3.4鋰離子電池原理與結構3.4鋰電池及其分類1—隔膜，2,3—負極及極耳，4,5—正極及極耳疊片電池的結構課程內容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池3.5鋰電池的發(fā)展趨勢—規(guī)律鋰電發(fā)展的趨勢規(guī)律半固態(tài)電池與固態(tài)電池鋰硫、鋰空電池一般制造業(yè)發(fā)展的規(guī)律---西奧多-萊特定律IT摩爾定律LED海滋定律光伏行業(yè)SWANSON定律電池行業(yè)發(fā)展的規(guī)律是什么？微處理器芯片的電路密度每兩年將翻番，價格減半。LED的價格每十年降為原來的10%，性能則提高20倍。全球太陽能光伏電池的制造能力每增加一倍，成本下降20%。能量密度？價格？周期？幅度？

美國MBA教授：1936年，西奧多-萊特在研究生產成本時，發(fā)現(xiàn)飛機生產數(shù)量每累計增加一倍，制造商就會實現(xiàn)成本按百分比持續(xù)下降，比如生產第2000架飛機的成本比生產第1000架飛機的成本低15%，生產第4000架飛機的成本，比生產第2000架飛機的成本低15%。3.5集成電路周期發(fā)展規(guī)律---經濟規(guī)律集成電路發(fā)展規(guī)律---十年為周期，依賴技術創(chuàng)新、產業(yè)需求。3.5鋰電能量密度發(fā)展規(guī)律---技術推動電芯能量密度每10年翻翻，每年增長7-8%;資料來源：《鋰離子電池過往與未來》，新時代證券研究所3.5鋰電產業(yè)周期發(fā)展規(guī)律---輸出產能及經濟規(guī)律鋰電產業(yè)市場+技術驅動影響：產能增長周期為5年；復合增長率45%。五年五年五年輸出產能增長規(guī)律：每年45%鋰電產業(yè)輸出產能變化的周期。3.5電池價格每年下降18%左右，產能每年增長45-50%中國電池產業(yè)的價格走勢數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究所2019年12月25日新材料在線3.5年均成本減少率（annualdecreaseratioADR）學習率（learningrateLR）是成本的下降量與市場規(guī)模增量的比值，或者看作是市場規(guī)模每增加一倍，成本的下降程度.自1991年鋰電商業(yè)化至2020年，成本下降了多少？全類型電池及圓柱形電池的價格年下降率ADR:17.1%和17.4%；全類型電池及圓柱形電池的學習率LR:26.6%和30.9%。全球鋰電池價格規(guī)律97％3.5鋰電池產業(yè)發(fā)展的規(guī)律---剪刀叉規(guī)律杜克大學環(huán)境與地球學院，蓋世汽車資訊SourceGlobalEVOutlook20173.5鋰電池產業(yè)發(fā)展的規(guī)律---四大規(guī)律CATL的剪刀叉發(fā)展規(guī)律3.5受政策、技術進步、需求影響：能量密度、價格成剪刀交叉規(guī)律發(fā)展;市場產能周期為5年;復合增長率為45-50%；能量密度每年增長7-8%,10年能量密度翻倍;價格每年下降18%。鋰電產業(yè)發(fā)展規(guī)律影響的因素:材料、電池技術不斷升級；國家政策、國家宏觀規(guī)劃；使用模式、商業(yè)模式驅動；制造技術、方法日新月異；電動化無處不在。影響鋰電產業(yè)發(fā)展規(guī)律的因素3.53.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來課程內容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鈉離子電池研究背景雖然是作為最先進的儲能二次電池的鋰離子電池，已廣泛應用于小型電子產品并有可能成為未來新能源汽車的動力電池以及大規(guī)模儲能工程的配套電源。但是鋰離子電池又有其存在的問題：1安全性問題—在鋰離子電池中，除了正常的充放電外，還存在很多放熱副反應，電池溫度過高或充電電壓過高時，放熱副反應就可能會被引發(fā)從而引起一系列安全問題。2成本問題—高昂的成本是制約鋰離子電池普及使用的一個重要因素。LiCoO2是研究最早且技術最成熟的鋰離子電池正極材料，在鋰離子電池正極材料市場占主導地位，但是鈷資源匱乏，價格昂貴，直接導致電池成本高。3鋰資源短缺—我國的鋰儲量十分有限，僅占地殼的0.0065%，并且分布不均，我國主要集中在青海，西藏等偏遠地區(qū)，開發(fā)利用會有很多困難。。3.648基于上述原因，研究人員又將目光轉向了與鋰同一主族的鈉金屬原子量/gmol-1密度/gcm-3離子半徑/pm價態(tài)變化比容量/mAhg-1標準電勢/Vvs.SHE地殼豐度價格/元kg-1Li6.940.5346813862-3.040.006%~40Na22.990.9689711166-2.72.64%~2表1鈉單質與鋰單質的比較鈉離子電池研究背景3.6充電時鈉離子從陽極脫嵌進入陰極，放電時鈉離子從陰極進入陽極。外電路電子從負極進入陽極鈉離子被還原成鈉鈉離子電池的工作原理正極材料負極材料電解液電池的核心部件性能電池電化學性能隔膜電池外殼3.612串聯(lián)雙極性電池單體電池串聯(lián)3.6鈉離子電池的特點鈉離子電池和鋰離子電池對比鈉離子電池鋰離子電池正極材料:Na-Cu-Fe-Mn-OLi-Ni-Co-Mn-O正極集流體:鋁箔鋁箔電解質材料:1MNaPF6-EC-DMC1MLiPF6-EC-DMC負極材料:無煙煤基軟碳石墨負極集流體:鋁箔銅箔鈉離子電池的優(yōu)勢：鈉儲量豐富，沒有資源限制，規(guī)?？梢宰龊艽蟪杀鞠鄬^低，安全性高，環(huán)境友好負極集流體用鋁箔，沒有過放電問題可以沿用鋰離子電池現(xiàn)有生產工序和設備，可行性高3.63.6鈉離子電池-謝謝大家的聆聽-第3章電池材料鋰電池制造工藝及裝備背景鋰離子電池應用領域1.工程思維的方法---自我發(fā)現(xiàn)探求高效的方法，貫穿學習、工作和生活的過程科學邏輯積累改善目標愿景效率原則方法總結制造業(yè)基礎標準材料裝備智能化教學，不是注滿一桶水，而是點亮一把火—葉圣陶背景鋰離子電池充放電原理正極：LiCoO2

?Li1-xCoO2+xLi++xe–

負極：6C+xLi++xe-?LixC6

總反應：6C+LiCoO2

?Li1-xCoO2+LixC6

z：電極反應中轉移電子的物質的量F：法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96500C/molR：8.314J/mol·KEΘ：標準電勢，當放電電流趨于零時，輸出電壓等于電池電勢。電池能斯特方程根據(jù)能斯特方程可知，電池電壓在電池運作范圍內會隨電池電量、電極材料以及其所處環(huán)境而有所變化。Charging+-PARTONE鋰離子電池充放電原理充電時鋰離子從正極材料中脫出通過隔膜經電解質溶液向負極遷移同時電子在外電路從正極流向負極鋰離子在負極得到電子后被還原成金屬鋰嵌入負極晶格正極：LiCoO2→xLi++xe-+Li(1-x)CoO2負極：6C+xe-+xLi+→LixC6eeeeeeeeeeeeeeeeeDischargingPARTONE鋰離子電池充放電原理負極的鋰會失去電子成為鋰離子通過隔膜經電解質溶液向正極方向遷移并進入正極材料中儲存+-eeeeeeeeeeeeeeeee正極：xLi++xe-+Li(1-x)CoO2

→LiCoO2負極：LixC6→6C+xe-+xLi+背景鋰離子電池組成部分鋰離子電池組成部分1正極材料成本＞40%2負極材料成本＜15%3隔膜成本20%~30%4電解液成本10%~15%④④①②目錄0102020304正極材料簡介負極材料簡介隔膜簡介電解液簡介離子電池之父goodenough先生。獲獎者Goodenough(足夠好先生)已經97歲高齡，他曾經說過：我們有些人就像是烏龜，走得慢，一路掙扎，到了而立之年還找不到出路。但烏龜知道，他必須走下去。1976年，足夠好先生因為牛津大學化學系恰好出現(xiàn)的空缺就轉過去了，那一年他開始關注電池領域，這時他已經54歲了其實20世70年代就已經有鋰電池了，這種電池是以金屬鋰作為電極材料的，但是金屬鋰實際上非?；顫姡苋菀兹紵?，所以那時候發(fā)生了很多電池燃燒爆炸的事情。這時在牛津的足夠好先生把目光放在了鈷酸鋰這種材料上，這是一種層狀的材料，鋰離子就像是被嵌在中間一樣，所以足夠好先生大膽提出用鈷酸鋰作為電極材料，鋰離子就可以在電極材料中進行嵌入和嵌出。日本的索尼公司將鈷酸鋰和石墨聯(lián)用就創(chuàng)造出了可以充電的鋰離子電池，并且推向了商業(yè)化。這也是我們現(xiàn)在用的鋰離子電池的開端。之后足夠好先生又用了磷酸鐵鋰材料來代替鈷酸鋰(75歲)，鋰離子電池與2019年諾貝爾化學獎而從1981年開始研究鋰電池的吉野彰，在接受采訪時表示：“我做研究的原始動力是我的好奇心，它驅使著我前進?！?，吉野彰經過不斷嘗試，于1985年開發(fā)出了用碳基材料作為負極，正極依舊為鈷酸鋰的新型鋰離子二次電池(LIB)，從而確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。1991年，吉野彰的開發(fā)的電池由旭化成和索尼共同推向市場，迅速成為被手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、電動汽車等電子產品廣泛使用的電池產品。2010年鋰離子電池的市場規(guī)模達到了1萬億日元。吉野彰1948年出生于日本大阪，他是目前智能手機、電動汽車等諸多產品中使用的鋰離子電池的開發(fā)者、旭化成公司研究員，旭化成株式會社吉野研究室室長，同時還是京都大學大學院工學研究專業(yè)特命教授、名城大學教授。鋰離子電池與2019年諾貝爾化學獎一、正極材料簡介正極活性物質的特性要求正極活性物質的特性要求1、比容量大，要求正極材料有低的相對分子量，且其宿主結構能插入大量的Li+；2、工作電壓高，要求體系放電反應的Gibbs自由焓負值大；3、倍率性能好，要求Li+在電極材料內部和表面有較高的擴散速度；4、循環(huán)壽命長，要求Li+的嵌入/脫出過程中材料的結構變化盡可能的?。?、良好的鋰離子及電子導電性，以獲得較好的倍率及低溫性能；6、制備工藝簡單，易于規(guī)?；?，制造和使用成本低；一、正極材料簡介現(xiàn)階段主流正極材料名稱

鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳酸鋰化學式LiCoO2LiMn2O4LiFePO4Li(NixCoyMnz)O2平均電壓(搭配石墨)3.6V3.7V3.4V3.6/3.7V晶體結構層狀尖晶石橄欖石層狀循環(huán)壽命500-1000500–20002000–60008000–2000運行溫度AverageAverageGoodGood電芯能量密度180–240Wh/kg130–180Wh/kg130–180Wh/kg180–250Wh/kg功率1C10C,40C脈沖35C連續(xù)10C安全性BadGoodExcellentGood熱失控開始溫度150°C

(302°F)250°C

(482°F)270°C

(518°F)210°C

(410°F)商用化時期1994200219992003研究及生產機關Samsung,LG,Sony,SanyoNEC,Samsung,HitachiUT,QH,MIT，A123,ValenceSamsung,LG,Sony,Sanyo,NissanMotor主要應用領域3C電子產品電動工具，醫(yī)療機器,電動汽車電動汽車及儲能3C電子產品，電動工具，醫(yī)療機器，電動汽車一、正極材料簡介正極活性物質放電曲線比較CathodeTypeChemistryExampleMetalPortionsExampleUseNCALiNiCoAlO280%Nickel,15%Cobalt,5%AluminumTeslaModelSLCOLiCoO2100%CobaltAppleiPhoneLMOLiMn2O4100%ManganeseNissanLeafNMCLiNiMnCoO233.3%Nickel,33.3%Manganese,33.3%CobaltTeslaPowerwallLFPLiFePO4100%IronStarterbatteries一、正極材料簡介-LCO(LiCoO2)LCO結構

LCO是層狀結構

正極晶體內鋰離子做二維運動

雷達圖

LCO電池的優(yōu)點：能量密度高

LCO電池的缺點：相對短的循環(huán)壽命安全性不好及高倍率放電特性差SEM圖

LCO微觀形貌一、正極材料簡介-LMO(LiMn2O4)LMO結構

LMO是尖晶石結構

正極晶體內鋰離子做三維運動，運動速度快且內阻低雷達圖

LMO電池優(yōu)點:優(yōu)秀的功率，低成本且安全性好

LMO電池缺點:壽命比較短，高溫較差(Mn溶出)SEM圖

LMO微觀形貌一、正極材料簡介-NCMNCM結構

與NCA,LCO相同，都是層狀結構

正極結晶內鋰離子二維運動

根據(jù)Ni,Co,Mn的配比，容量會有變化雷達圖

NCM電池優(yōu)點：高能量密度且性能平均

根據(jù)Ni,Co,Mn不同配比，電池性能多樣，用途廣

為了提升電池的性能，能夠與其他材料混

用，來實現(xiàn)更佳的使用效果SEM圖

NCM微觀形貌一、正極材料簡介-LiFePO4LiFePO4

結構

LFP是橄欖石結構

Goodenough等在1997年首次報道

正極晶體內鋰離子在橄欖石結構做一維運動，將移動的一維粒子做成納米顆粒來縮短運動的距離，從而提升鋰離子電導特性

雷達圖

LFP電池有著非常優(yōu)秀的安全性且壽命長，成本低

缺點：能量密度低，低溫性能略差SEM圖

LFP微觀形貌二、負極材料簡介

負極活性物質的特性要求負極活性物質的特性要求1、嵌入脫出Li反應具有低的氧化還原電位，以滿足電池具有較高的輸出電壓；2、Li嵌入脫出過程，電極電位變化較小，以保證充放電時電壓波動小；3、Li嵌入脫出過程，結構穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好，確保電池較高的循環(huán)及安全性；4、具有較高的可逆比容量；5、良好的鋰離子及電子導電性，以獲得較好的倍率及低溫性能；6、制備工藝簡單，易于規(guī)?；?，制造和使用成本低；7、環(huán)境友好，資源豐富。二、負極材料簡介

負極材料分類鋰離子電池負極材料人造石墨天然石墨金屬及其氧化物合金材料納米材料無定型碳石墨化碳非碳負極材料碳負極材料難石墨化碳（硬碳）易石墨化碳（軟碳）MCMB微晶石墨晶質石墨二、負極材料簡介-石墨1、嵌鋰電位低且平坦，可為鋰離子提供高的、平穩(wěn)的工作電壓，大部分嵌鋰容量分布在0.2V～0V之間（vs.Li/Li+）；2、嵌鋰容量高，LiC6的理論容量為372mAh/g；3、與有機溶液相容能力差，易發(fā)生溶劑共嵌入現(xiàn)象，從而降低嵌鋰性能。鋰的嵌入反應一般是從菱形位置（即端面，Z字型面和扶椅型面）進行，因為鋰從完整的墨片基面是無法穿過的。但是如果基面存在缺陷結構諸如微孔等，也可以經基面進行嵌鋰。石墨的嵌鋰特性石墨在嵌鋰過程中，隨著Li濃度的變化石墨呈現(xiàn)出不同的顏色隨著嵌鋰濃度從低到高，石墨的顏色也會從灰色轉變?yōu)樗{色，然后再轉變?yōu)榧t色，最終轉變?yōu)榻鹕６?、負極材料簡介-石墨1、從充放電曲線可以看出，充電開始時，電位迅速下降，在0.8V左右出現(xiàn)小平臺，這一平臺被認為是電解液在石墨電極表面分解生成不溶性SEI膜;2、在0.25V～0.005V之間曲線平坦，大部分容量在這一電位范圍。在0.25V以上幾乎沒有容量，即可逆容量都在0.25V～0.005V電位范圍內；3、當SEI膜達到一定厚度時，膜對電子有絕緣作用，僅有離子導電性，能阻止電解液進一步還原，所以，從第二周期開始，充放電效率接近100%。石墨的儲鋰機理首次石墨電極的充放電曲線石墨電極的充放電曲線二、負極材料簡介-石墨項目人造石墨類天然石墨類評價方法備注原材料煤焦油、石油焦、煅后焦、瀝青等經人工合成天然石墨礦經開采、浮選、精選/根據(jù)原材料的產地不同，性能會有不同外觀色暗顏色發(fā)黑鐵黑或鋼灰色，質軟，有金屬光澤發(fā)亮富有滑膩感目測，手摸/形貌單個塊狀、片狀、針狀或不規(guī)則形狀塊狀、片狀、球形或類球形掃描電鏡（SEM）測試，表面、剖面/多個花瓣狀、球狀、爆米花狀等花瓣狀、球狀、爆米花狀等石墨化度結晶度稍低石墨化度常在93%以下（d002:0.336-0.337nm）結晶度高石墨化度常在94%以上（d002:0.3354-0.3359nmX射線衍射儀（XRD）測試/晶體結構六方晶系（呈ABAB…序列排列）無菱形峰六方晶系與菱面體晶系（呈ABAB…序列排列）有菱形峰

人造石墨與天然石墨差異二、負極材料簡介-石墨由于石墨表面處理技術的不斷改善和進步，市場上基本均以復合石墨為主，很難在外觀上判斷出是天然石墨還是人造石墨人造石墨人造石墨的形狀為塊狀或不規(guī)則狀天然石墨天然石墨的形狀為球形、類球形或片狀二、負極材料簡介-石墨人造石墨剖面呈現(xiàn)實心結構，而天然石墨的內核會存在較多的孔隙結構；該技術已經成為主要的，也是較為簡便的判斷人造石墨和天然石墨的方法。二、負極材料簡介-石墨二、負極材料簡介-軟碳、硬碳軟碳即易石墨化碳，是指在2500℃以上的高溫下能石墨化的無定形碳。軟碳的結晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面間距(d002)較大，與電解液的相容性好，但首次充放電的不可逆容量較高，輸出電壓較低，無明顯的充放電平臺電位。常見的軟碳有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等硬碳是指難石墨化碳，是高分子聚合物的熱解碳，這類碳在2500℃以上的高溫也難以石墨化。常見的硬碳有樹脂碳(如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇

PFA-C等)石墨軟碳硬碳二、負極材料簡介-硅負極

硅負極

硅的理論容量高達4200mAh/g，超過石墨的372mAh/g的十倍以上，這個數(shù)字的概念想必大家都清楚，充一次電實現(xiàn)1000公里將有可能實現(xiàn)。在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應將伴隨大的體積變化（＞300%），造成材料結構的破壞和機械粉化，導致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進而失去電接觸，致使容量迅速衰減，循環(huán)性能惡化。由于劇烈的體積效應，硅表面的SEI膜處于破壞-重構的動態(tài)過程中，會造成持續(xù)的鋰離子消耗，進一步影響循環(huán)性能。

二、負極材料簡介-硅負極二、負極材料簡介-硅負極硅碳負極材料根據(jù)結構的不同可分為包覆結構、負載結構、分散結構等。根據(jù)包覆結構的不同又可分為核殼型、蛋黃-殼型、多孔型。包覆結構—核殼型包覆結構—蛋黃-殼型包覆結構—多孔型分散結構負載結構碳層的存在有利于增加硅的導電率緩沖硅在脫嵌過程中產生的體積效應最大限度的降低硅表面與電解液的直接接觸，緩解電解液的分解電極循環(huán)性能得到提高具有核殼結構的特點結構中的空腔對體積有容納膨脹作用，有利于結構穩(wěn)定利于產生穩(wěn)定的SEI膜孔道結構能夠提供快速的離子傳輸通道較大的比表面積增加了材料反應活性，從而提高倍率性結構中含有大量的碳材料，循環(huán)性能好硅含量一般較低，可逆比容量較低抑制硅的體積膨脹二、負極材料簡介-鈦酸鋰

鈦酸鋰負極尖晶石結構，可寫作Li(Li1/3Ti5/3)O4Li4Ti5O12+3Li++3eLi7Ti5O12理論容量168mAh/g有平坦的平臺不與電解液反應（不行成SEI膜）鋰離子擴散系數(shù)比天然石墨高一個數(shù)量級（2×10-8cm2/s）容易制備晶胞參數(shù)8.36A-8.37A，0.1%體積變化（石墨10%的體積變化）電子導電率低低壓實密度，低能量密度二、負極材料簡介各類鋰離子電池負極材料的性能特點材料種類比容量(mAh/g)首次效率(%)循環(huán)壽命（次）安全性快充特征碳系負極天然石墨340-370901000一般一般人造石墨310-360931000一般一般中間相碳微球300-340941000一般一般石墨烯400-6003010一般差非碳系負極鈦酸鋰165-1709930000最高最好硅80060200差差錫60060200差差三、隔膜簡介隔膜是一種具有微孔結構的薄膜，在鋰離子電池中主要起到如下兩個作用：隔開正負極，防止正負極接觸形成短路保證鋰離子可以從微孔中通過，形成充放電回路85鋰離子電池對隔膜的要求包括：具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離；有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性；耐電解液腐蝕，有足夠的電化學和電子穩(wěn)定性，這是由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物；具有良好的電解液的浸潤性，并且吸液保濕能力強；力學穩(wěn)定性高，包括刺穿強度、拉伸強度等，但厚度盡可能??；空間穩(wěn)定性和平整性好；熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能好；受熱收縮率小，否則會引起短路，引發(fā)電池熱失控。除此之外，動力電池通常采用復合膜，對隔膜的要求更高。三、隔膜簡介參數(shù)指標性能影響厚度14-35μm內阻、容量、穿刺強度孔隙率35-60%內阻、機械強度和閉孔性透氣率(Gurley值)10-25S/in2.100cc.1.22Kpa內阻孔徑大小及分布(SEM)干法0.1-0.3μm濕法0.01-1μm內阻、短路率、一致性熱收縮(90℃/1h)干法MD<3%,TD<1%濕法MD<5%,TD<3%安全性閉孔、破膜溫度PE:128-135℃PP:150-166℃耐熱、安全性拉伸強度MD≥140Mpa,TD≥75Mpa加工性、安全性穿刺強度>4.4N短路率、安全性

隔膜主要指標三、隔膜簡介共同點：取向步驟，使薄膜產生空隙并提高拉升強度。不同點：成孔機理不同生產工藝干法單向拉伸雙向拉伸類硬彈性纖維方法PP、PE、PP/PE/PP拉伸β晶型聚丙烯PP單層濕法雙向拉伸相分離、溶劑萃取PE單層

隔膜生產工藝三、隔膜簡介干法單拉工藝流程為：1）投料：將PE或PP及添加劑等原料按照配方預處理后，輸送至擠出系統(tǒng)2）流延：將預處理的原料在擠出系統(tǒng)中，經熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經流延后形成特定結晶結構的基膜。3）熱處理：將基膜經熱處理后得到硬彈性薄膜。4）拉伸：將硬彈性薄膜進行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜。5）分切:將納米微孔膜根據(jù)客戶的規(guī)格要求裁切為成品膜。干法雙拉工藝流程為：1）投料：將PP及成孔劑等原料按照配方預處理后輸送至擠出系統(tǒng)。2）流延：得到β晶含量高、β晶形態(tài)均一性好的PP流延鑄片。3）縱向拉伸：在一定溫度下可對鑄片進行縱向拉伸，利用β晶受拉伸應力易成孔的特性來致孔。4）橫向拉伸：在較高的溫度下對樣品進行橫向拉伸以擴孔，同時提高孔障尺寸分布的均勻性。5）定型收卷：通過在高溫下對隔膜進行熱處理，降低其熱收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。三、隔膜簡介濕法異步拉伸工藝流程為;1）投料：將PE、成孔劑等原料按照配方進行預處理輸送至擠出系統(tǒng)。2）流延：將預處理的原料在雙螺旋桿擠出系統(tǒng)中經熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經流延后形成含成孔劑的流延厚片。3）縱向拉伸：將流延厚片進行縱向拉伸。4）橫向拉伸：將經縱向拉伸后的流延厚片橫向拉伸，得到含成孔劑的基膜。5）萃?。簩⒒そ浫軇┹腿『笮纬刹缓煽讋┑幕?。6）定型：將不含成孔劑的基膜經干燥、定型得到納米微孔膜。7）分切：將納米微孔膜根據(jù)客戶的規(guī)格要求裁切為成品膜。濕法同步拉伸技術工藝流程與異步拉伸技術基本相同，只是拉伸時可在橫、縱兩個方向同時取向，免除了單獨進行縱向拉伸的過程，增強了隔膜厚度均勻性。但同步拉伸存在的問題第一是車速慢，第二是可調性略差，只有橫向拉伸比可調，縱向拉伸比則是固定的。三、隔膜簡介掃描電子顯微鏡可直觀的觀察到隔膜的孔形貌、造孔均勻性及制備工藝，掃描電鏡可反映出隔膜的造孔不均、拉伸斷裂、涂覆不均等問題三、隔膜簡介-涂敷隔膜類型涂覆層特點陶瓷涂覆隔膜Al2O3,SiO2,Mg(OH)2等耐熱性優(yōu)良的無機物陶瓷顆粒1.提高隔膜的耐高溫、耐熱收縮性能和穿刺強度2.與電解液和正負極材料有良好的浸潤和吸液保液能力3.中和電解液中少量的氫氟酸，防止電池氣脹PVDF涂覆隔膜聚偏氟乙烯（PVDF）1.具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性、耐高溫色變性、耐氧化性、柔韌性以及高抗?jié)q強度和耐沖擊性強度2.具有低內阻、高（厚度/空隙率）均一性、化學與電化學穩(wěn)定性好特點3.由于納米纖維的存在，使其對鋰電池電極具有更好的兼容性和粘合性芳綸涂覆隔膜芳綸纖維1.具有可耐受400以上高溫的耐熱性和卓越的防火阻燃性2.由于芳綸樹脂對電解液具有高親和性，使隔膜具有良好的浸潤和吸液保液的能力，延長電池循環(huán)壽命3.芳綸樹脂加上填充物，可提高隔膜的抗氧化性，進而實現(xiàn)高電位化，從而提高能量密度四、電解液簡介

電解液特性要求電解液特性要求1、在較寬的溫度范圍內具有較高的電導率；2、液程寬，常規(guī)下在-80~100℃范圍內為液體；3、化學穩(wěn)定性好，與活性物質、集流體、隔膜等不反應；4、與電極材料相容性好，能形成穩(wěn)定、有效的鈍化膜；5、電化學穩(wěn)定性好，分解電壓高；6、閃點、燃點高，安全性好。四、電解液簡介

電解液組成電解液鋰鹽LiPF6、LiBF6LiBOB、LiTFSILiFSI、LiPO2F2溶劑碳酸酯羧酸酯氟代酯添加劑成膜添加劑防過充添加劑阻燃添加劑穩(wěn)定添加劑影響容量內阻電壓高溫低溫倍率壽命安全四、電解液簡介-溶劑1.有機溶劑對電極應該是惰性的，在電池的充放電過程中不與正負極發(fā)生電化學反應，穩(wěn)定性好。2.有機溶劑應該有較高的介電常數(shù)和較小的黏度以使鋰鹽有足夠高的溶解度，保證高的電導率。3.熔點低、沸點高、蒸氣壓低，從而使工作溫度范圍較寬。4.與電極材料有較好的相容性，電極在其構成的電解液中能夠表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能。5.電池循環(huán)效率、成本、環(huán)境因素等方面的考慮。

有機溶劑選擇標準四、電解液簡介-溶劑

有機溶劑列表產品名稱分子式分子量(g/mol)介電常數(shù)E/(c/v.m)黏度η/(mPa*s)25℃熔點T/℃沸點T/℃密度ρ/(g*cm-3)20℃外觀碳酸乙烯酯(EC)C3H4O388.0689.61.86(40℃)36.4238.01.3214白色晶體碳酸丙烯酯（PC）C4H6O3103.0966.12.513-492421.198透明液體碳酸二甲酯（DMC）C3H6O390.083.1080.58054.6901.0632透明液體碳酸二乙酯(DEC)C3H10O3118.12.820.748-43126.80.9693透明液體碳酸甲乙酯(EMC)C4H8O3104.102.40.65-551081.007透明液體碳酸甲丙酯(MPC)C5H10O3118.132.80.78-431300.98透明液體γ-丁內酯(GBL)C4H6O286.0939.11.73-43.5204.01.1254透明液體甲酸甲酯(MF)C2H4O260.058.900.328-9931.750.9664透明液體甲酸乙酯(EF)C3H6O274.087.160.358-79.654.310.9153透明液體乙酸甲酯(MA)C3H6O274.086.680.364-98.156.30.9279透明液體乙酸乙酯(EA)C4H8O288.116.020.426-84.077.10.8946透明液體丙酸乙酯(EP)C5H10O2102.15.650.502-73.8990.8842透明液體丁酸甲酯(MB)C5H10O21025.50.6-841030.98透明液體丁酸乙酯(EB)C6H12O2116.165.100.613-98.0121.60.8739透明液體四、電解液簡介-溶劑

常見溶劑結構四、電解液簡介

常見溶劑特點溶劑特點EC介電常數(shù)高，離解鋰鹽能力強;粘度、密度大，熔、沸點高，高溫性能好DMC粘度最低，熔點稍高，但沸點偏低，故常溫性能好，而高低溫性能不理想，導電性和浸潤性為碳酸酯溶劑中最好，常用于容量型、倍率型及圓柱電解液EMC粘度僅高于DMC，熔點低(-55℃)，沸點(108℃)，低溫性能較好，兼顧高溫性能。導電性和浸潤性處于DMC和DEC之間，常用于容量型、倍率型等電解液DEC熔點(-43℃)沸點(126~127℃)僅低于EC、PC，高溫性能良好，導電性和浸潤性較DMC、EMC的差，常用于高溫型電解液PC介電常數(shù)較高，離解鋰鹽能力較強，熔點(-49℃)沸點(242℃)，高低溫性能兼顧，但粘度偏高，僅低于EC,不利于浸潤，添加量較大時會對天然石墨的循環(huán)性能產生影響。四、電解液簡介-鋰鹽

1.鋰鹽在有機溶劑中有足夠高的溶解度，締合度小，易于解離，以保證電解液具有較高的電導率；2.陰離子具有較高的氧化和還原穩(wěn)定性，在電解液中穩(wěn)定性好，還原產物有利于電極鈍化膜的形成；3.具有較好的環(huán)境親合性，分解產物對環(huán)境污染??；4.易于制備和純化，生產成本低。

鋰鹽選擇標準四、電解液簡介-鋰鹽

長見鋰鹽優(yōu)缺點鋰鹽種類優(yōu)點缺點LiBF4工作溫度區(qū)間寬，高溫穩(wěn)定性好，低溫性能優(yōu)，能增強電解液對電極的成膜能力，抑制Al箔腐蝕離子電導率較低，有很大局限性，常與電導率較高的鋰鹽配合使LiPF6在非水溶劑中具有合適的溶解度和較高的離子電導率；能在Al箔集流體表面形成一層穩(wěn)定的鈍化膜；能協(xié)同碳酸酯溶劑在石墨電極表面生成一層穩(wěn)定的SEI膜熱穩(wěn)定性較差、易發(fā)生分解反應易吸水水解LiAsF6綜合性能比較好毒性太大LiClO4綜合性能比較好強氧化性導致安全性不高LiBOB較高的電導率、較寬的電化學窗口、良好的熱穩(wěn)定性、較好的循環(huán)穩(wěn)定性，對正極Al箔集流體具有鈍化保護作用溶解度較低，在部分低介電常數(shù)溶劑中幾乎不溶解導電性：LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF4耐氧化性：LiAsF6>LiPF6>LiBF4>LiClO4熱穩(wěn)定性：LiAsF6>LiBF4>LiClO4>LiPF6四、電解液簡介-添加劑添加劑的特點較少用量即能改善電池的一種或幾種性能對電池性能無副作用與有機溶劑有較好的相溶性價格相對較低，無毒性或毒性較小不與電池中其它材料發(fā)生副反應添加劑種類典型物質備注負極成膜添加劑VC、FEC、VEC、PS添加量1~5%wt正極成膜添加劑含硫類物質、含B類物質，BP、CHB添加量0.2~1%wt高溫添加劑PS、MMDS、LiBOB、LiTFSI添加量0.5~5%wt防過充添加劑BP、CHB、MP、及氟代芳香烴具有刺鼻氣味阻燃劑磷酸酯、膦腈黏度大穩(wěn)定劑亞胺類、胺類、硅烷類導電劑醚類，冠醚類低溫添加劑醚類，腈類溶劑，含B類溶劑-謝謝大家的聆聽-第4章電池制造工藝鋰電制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點鋰電行業(yè)故事---陳立泉12431.0學習方法---積累與改善不斷探求高效的方法，貫穿人生的過程科學邏輯積累改善效率原則目標愿景方法總結制造業(yè)基礎標準材料裝備智能化真正的教學，不是注滿一桶水，而是點亮一把火—葉圣陶1.0效率原則現(xiàn)代社會非大吃小，而是快吃慢！效率是組織的生命！效率：選擇產業(yè)的依據(jù)效率：個人和組織的價值中國制造業(yè)強大的根本原因在于綜合效率。深圳蛇口工業(yè)一路光伏轉化效率逐年提升穩(wěn)定性、效率、成本1.0光伏+儲能終將成為未來全球主流能源光伏成本2.2元/W效率：15%到2025年儲能成本1元/WH光伏+儲能成本0.23元/KW效率：20%2030年光伏+儲能成本0.15元/KW效率：25%市場成本橫掃所有化石能源2025年全球光伏3萬億度電，2030年全球9萬億度電。光伏+儲能可占領全球電力市場20%，2025年,2030年儲能裝機量分別為1000GWh和5000GWh。2025年1000GWH2030年5000GWH全面顛覆傳統(tǒng)能源需求，實現(xiàn)光伏+儲能綜合成本低于火電光伏+儲能終將成為全球主流能源1.0電池儲能有最高效率---歐陽明高1.0鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點鋰電行業(yè)故事---陳立泉12433.1課程講解---知識點3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片3.1電池制造工藝的定義定義：電池制造工藝是指人們利用生產工具和設備，在一定環(huán)境條件下，對電池原料、材料、半成品進行加工或處理，最后使之成為成品的操作方法和技術。

這是人們在制造中積累起來的技術和經驗，是有關工程人員應遵守的技術規(guī)程，也是生產低成本、高質量產品的前提和保證。制造工藝的內容：對產品圖紙及要求進行工藝分析審查編制工藝方案和制定工藝文件進行工藝術方案的技術經濟評價、驗證等。制造工藝制定的依據(jù)：原材料的特點，制造環(huán)境要求，產品的用途以及質量和精度要求，經濟效果情況，現(xiàn)有技術與裝備水平等。電池的制造工藝包括：原材料、電芯、電池包（PACK）；電芯是電池制造的核心關鍵。3.1電池制造工藝的分類按照產品產生的階段：材料、電芯、電池包電池制造核心工藝方法：材料：前驅體、混合燒結、造粒、分選包裝；電芯：合漿（制漿）、涂布、輥壓、分條、烘烤、芯包（卷繞、疊片）、裝配、烘烤、注液、化成、老化、分容、檢測；電池包：配組、模組鏈接、電池包組裝、檢測。按電池結構，卷繞圓形：卷繞方形:軟包:電芯制造工藝與質量99.999%=99.99%20單工序點：CPK=2.00

控制CPK1.331.672.00漿料制備98.76%99.94%99.999%極片制備98.15%99.91%99.999%芯包制造98.15%99.91%99.999%電芯裝配95.73%99.65%99.999%干燥注液98.15%99.79%99.999%化成分容98.76%99.94%99.999%整體合格率88.3%99.40%99.99%裝備解決方案漿料制備系統(tǒng)（2）極片制備系統(tǒng)（3）芯包制備系統(tǒng)（3）電芯裝配系統(tǒng)（7）干燥注液系統(tǒng)（3）化成分容系統(tǒng)（2）整體20個核心工序點熱壓合芯預焊極柱焊包膜封口入殼3.13.2電池制造工藝流程---電池材料構成3.1課程講解---知識點3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片鋰電制造路線---三段論

輥壓

制片

涂布

合漿

模組

連接PACK封裝BMBMBMBM測試

組裝

注液

化成

分選極片制造電芯組裝電池PACK

烘烤LMSLMSLMS緩存庫緩存庫成品庫工藝復雜、因素眾多、由流程漸變到離散、制造過程影響因素眾多3.2電芯制造3.2電芯制造工藝流程---參考A51，A52，A53極片制造電芯檢測電芯組裝（制漿、合漿）方形60AH動力電池后工序工藝流程3.23.1課程講解---知識點3.1電池制造工藝定義及要求3.2三種電池制造工藝流程3.3典型電池制造工藝—合漿、涂布、卷繞、疊片3.3典型制造工藝—合漿（攪拌、制漿）工序功能：將正極或負極活性物質按一定比例與專用導電劑、粘結劑和溶劑混合均勻，并調制成漿。混和原料預處理干粉分散稀釋四個步驟：漿料控制點:1.粘度2.顆粒度3.固含量工序控制點：1.攪拌速度2.攪拌溫度3.攪拌濃度4.真空度工序控制點:1.涂布速度2.涂布面密度3.干燥溫度4.張力放卷接片拉片張力控制自動糾偏涂布干燥自動糾偏張力控制自動糾偏收卷根據(jù)正負極漿料的固含量、比重調節(jié)涂布機機頭刀具間隙，控制涂布厚度涂布面密度控制？典型制造工藝—涂布3.3干燥速度：干燥過慢，涂層表面有流動性，厚度不穩(wěn)定；干燥過快，表面形成粘結劑膜層，內部溶劑揮發(fā)會造成表面層起皺現(xiàn)象。通常采用分段干燥，中間段溫度最高。涂布和干燥要做到首件三檢-厚度、質量、尺寸符合要求，并定時檢驗對應的拉漿速度、烘烤時間等。加熱溫度或時間不夠，難以除去漿料中的液體，使部分粘結劑溶解，造成活性物質剝落；加熱溫度過高，則粘結劑發(fā)生晶化，也會使活性物質剝落，從而造成電芯內短路。另外，干燥溫度和烘干時間不合適還會造成鋁箔氧化和極片偏濕；涂布操作的問題高質量極片：極片表面平整、光滑、敷料均勻、附著力好、干燥、不脫料、不掉料、不缺料、無積塵、無劃痕、無氣泡3.33.3典型制造工藝—合漿、涂布視頻鋰的作用LG制造視頻涂布頭3.3典型制造工藝—卷繞3.3典型制造工藝—卷繞視頻1234疊片工藝是將正極、負極切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來組成一個大電芯的一種LI離子電芯制造工藝。負極隔離膜正極典型制造工藝—疊片3.3理想電芯的結構---疊片軟包、方形層級疊片電芯，避免彎曲、翻折，電場平行無畸變3.3電芯原理級理解疊片電芯制造--理想動力電芯結構正極、負極，隔膜完全片片舒展堆疊，沒有原理缺陷。電場均勻變形均勻同步膨脹同步收縮極片同步界面穩(wěn)定3.3全片式疊片要解決的是：毛刺、效率、監(jiān)控問題正極、負極，隔膜完全切片堆疊更多是解決制造技術問題沒有機理級根上的缺陷！動力電池的最終結構—全片式疊片3.3傳統(tǒng)Z疊制造-效率瓶頸單工位效率極限150PPM（0.4s/pcs）輔助時間5-10s單片不良過程剔除麻煩、高速定位誤判、極片、隔膜褶皺無法避免、導致合格率低！3.3高速復合疊片工藝制成過程隔膜張力恒定、沒有不均勻拉伸；電芯界面平整、沒有彎曲、折彎；正負極完全物理隔斷，沒有交叉感染。3.3高速復合疊片機單工作臺480-600PPM輔助時間0

電芯長度MAX600mm新能源行業(yè)ASML的第一個革命產品---單工作臺年產1GWh3.3Bi-cell制片段Bi-cell復合疊片段貼膠下料段設計效率產出效率復合段520ppm4組極片裁切480-500ppm疊片段520ppm（Bicell）480-500ppm設備尺寸：長15.5m*寬2.5m*高2.8m典型制造工藝—疊片視頻3.3鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點鋰電行業(yè)故事1243鋰電行業(yè)故事—陳立泉院士，科學家4.0陳立泉院士主要學術貢獻產業(yè)貢獻新能源產業(yè)生平簡歷-謝謝大家的聆聽-第5章電池制造技術鋰電制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點鋰電行業(yè)故事12431.0學習方法---積累與改善不斷探求高效的方法，貫穿人生的過程科學邏輯積累改善目標愿景效率原則方法總結制造業(yè)基礎標準材料裝備智能化真正的教學，不是注滿一桶水，而是點亮一把火—葉圣陶1.0積累與改善斯蒂芬?科維StephenCoveyThe7HabitsofHighlyEffectivePeopleBeproactiveBeginwiththeendinmindPutfirstthingsfirstThinkwin-winSeekfirstunderstandthentobeunderstoodSynergizeSharpenthesaw1.0積累與改善工程的哲學：可積累的持續(xù)改善工程哲學是改變世界的哲學，主要是探索人們怎么去把握和處理好所不能做、什么能做和應該怎樣做的問題。

如運用哲學的智慧去及進度的關系問用技術的先進性和成熟性、引進技術與自主創(chuàng)新、質量和造價題，工程建設與生態(tài)保護問題，競爭與合作、保密與交流等多重關系問題等。1.0積累與改善工程的哲學：可積累的持續(xù)改善成功==達成目標改變=現(xiàn)在的勤勞基數(shù)=過去的積累次數(shù)=堅持1.0積累與改善工程的哲學：可積累的持續(xù)改善技術可積累：天才在于積累,聰明在于勤奮。設計思路及方法積累；各種平臺建設積累；標準化積累；鼓勵與獎勵、強制并重推行；持續(xù)改善：滿足當前和未來的需求定期改善總結機制；不斷學習探索新的、更好的；養(yǎng)成學習提高的習慣；鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內容介紹課程講解—知識點鋰電行業(yè)故事12433.1課程講解---知識點3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質量3.1通用目的產品及制造通用目的產品的特征：電池是產業(yè)的心臟芯片是產業(yè)的大腦電動產品的兩個支柱資源節(jié)約、新能源汽車、清潔能源、儲能應用等

成為產業(yè)發(fā)展的依賴電池成為一種特殊產品——產業(yè)基礎產品對一個或多個產業(yè)發(fā)展（如CPU、機器人、鋼鐵）起到基礎、帶動、引領、決定作用的產品電池成通用目的產品3.1通用目的產品及制造通用目的產品的制造特征：大規(guī)模：單線年產5-10Gwh，滿足量產10-20萬輛電動汽車的電池需求；高質量：制造合格率大于96%，工序CPK能力大于1.33-1.67。高制造安全：安全因素全監(jiān)控，目標PPB級管控。芯片與鋰電制造芯片制造電芯制造：物質的遷移到位，不是傳遞、轉移。電場以光速傳播。電子轉移速度不快，0.75mm/s離子穿越遷移，移動受溫度，壓力，濃度影響；毛細凝聚理論：離子凝聚與脫附按照Kelvin方程；電解液里的遷移固體中的遷動離子鍵結合：靜電作用半導體中，自由電子不受具體原子核約束，信號傳遞是一種轉移機制。離子自由態(tài)，離子的轉移通過電場光速傳輸?？障洞笮。障兜姆植?，離子擴散受溫度，壓力影響。嵌脫反應：鋰的化學勢，吉布斯自由能。離子具有有序性，相變變化；顆粒尺寸，濃度，負極褚鋰機制等。芯片與電芯的本質區(qū)別：電子轉移與離子傳導、遷移。電池充放電是物質轉移過程。3.1半導體與鋰電制造特征對比內容相同點不同點芯片產業(yè)電芯產業(yè)用途通用目的產品、無窮應用處理信息（人的大腦）處理能源（人的心臟）產品機理物理過程：電子移動鋰離子/電子直徑比大約是千12倍；鋰離子/電子質量比大約是3100倍；物理過程，電子移動，信號傳遞，是單體轉移行為。物理+化學過程，離子遷移,能量轉移、物質轉移過程,是群體轉移行為。產品作用無處不在，社會每個側面。大腦：處理信息，指揮功能心臟：裝血液，能源需求。制造特征大規(guī)模、無人化、智能化。PPM+PPB級控制制造影響合格率、企業(yè)效益制造影響安全、企業(yè)存亡升級趨勢單位體積的功能成本不斷下降。摩爾定律：晶體管密度提升、成本下降能量密度提升，成本下降標準規(guī)范需要完整的標準、規(guī)范有序發(fā)展，不斷升級基礎薄弱、野蠻生長材料升級材料不斷升級精細化、純度種類，精細化，純度3.1127354納米、微米級材料操作--如何均勻，如何評價？鋰電池制造特征68軟質材料、硬性定位使用要求多元、異構海量數(shù)據(jù)導致系統(tǒng)復雜，難以用于制造過程優(yōu)化、控制和決策。不起眼的因素對質量影響很大—時間、空間、濕度、灰塵等產業(yè)不斷升級：材料、電池結構、制造工藝、裝備化工廠+電子廠，連續(xù)過程逐步過渡到離散過程，系統(tǒng)線性、非線性、隨機動態(tài)===關聯(lián)邏輯關系難以實現(xiàn)一一對應。沒有經過長時間、多方面經驗積累，很難把電芯做好！結論對鋰電制造業(yè)的認識—制造特征多物理場耦合，多尺度控形、控性工藝過程內在科學規(guī)律不清晰，需要尋找新的方法。缺少有效的系統(tǒng)科學分析方法和系統(tǒng)性能特征評價手段解決制造要求的可重構、大規(guī)模、定制化的特征。3.1鋰電池制造基礎方法確立---從本源出發(fā)，回歸基礎材料制造極片制造芯包制造電芯制造電池制造nm尺度μm尺度mm尺度M級尺度晶胞晶粒顆粒孔隙結構尺度尺度精度配合精度融合程度基于量子理論的制造：材料、結構和性能基于牛頓力學的制造：性能、效率、成本傳熱、變形、交變應力、膨脹、收縮摩擦、阻尼、彈性、線性、非線性。張力、速度、精度、效率第一性原理、分子動力學、熱力學原子、分子結構、電子和離子的輸運轉移行為、界面變化、耦合效應、尺度變化、過程穩(wěn)定性。介觀過渡3.13.2課程講解---知識點3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質量鋰電制造產業(yè)處于初創(chuàng)階段未來需求空間巨大—2026年萬億RMB，2030年全球達1萬億USD，超過半導體產業(yè)----心臟和大腦的比拼發(fā)展。生產能力、制造合格率離實際要求有很大差距---從2G到10G，94%到99%，目前的電芯配組率：75-80%；電池技術不斷升級---需要制造技術的不斷迭代、需要制造與裝備的創(chuàng)新突破；規(guī)格品種太多，產業(yè)依然有30-40%的行業(yè)總體降本空間---主要在合格率，制造成本，規(guī)模成本，材料成本方面突破。3.2制造工程體系待完善：標準體系、制造規(guī)范尚未建立；電池制造技術體系材料電池設計電池制造電池應用標準規(guī)范電池識別與配組組合連接方法追溯與維護梯次利用與回收電池包制造材料標準電池標準制造標準設備標準梯次利用標準回收標準正極負極隔膜電解液殼體其它多物理場模擬尺寸規(guī)格電池殼與連接結構與制造材料配組設計漿料制備極片制造芯包制備電芯裝配干燥注液化成分容模組制造Pack制造設備網(wǎng)絡互連在線數(shù)據(jù)采集失效模式分析系統(tǒng)集成3.2動力電池智能工廠總體規(guī)劃工藝設計設備選型材料配置設計電池設計智能化設計環(huán)保設計環(huán)境設備工廠設計物流系統(tǒng)網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)平臺設備開發(fā)制造能耗設計來料數(shù)字化過程數(shù)字化設備數(shù)字化質量數(shù)字化3.2動力電池規(guī)模制造的條件設計滿足相關標準：安全、生產、組合、使用基于可制造的設計：裝配、測試、組合完善的設計、工藝、制造、質量管理規(guī)范規(guī)模：達到基本產能，動力電池：日產30萬AH,年產1億安時；制造指標：電池合格率不低于90%,材料利用率不低于82%；適合產能規(guī)模的自動化。優(yōu)秀制造：電池合格率不低于95%，材料利用率不低于90%，電池容量差小于±1%。3.2制造系統(tǒng)構筑的目標原則制造系統(tǒng)設計總體原則：實用、可靠、經濟、先進；實用為首；現(xiàn)場系統(tǒng)控制原則：水分、灰塵、毛刺控制和極片的保護；特別規(guī)劃制造對電池安全性的影響；工序產能、物流節(jié)拍的均衡匹配；自動化程度與效率、成本的均衡；重點工序重點控制：制漿、涂布、組裝、注液、化成；不同類型的電池有不同的特點和制程控制要點：需認真考究3.2動力電池制造裝備選擇綜合決策：制造安全性、合格率、材料利用率、能耗、成本。1制造安全性：制造過程避免引入不安全的因素或制造方法，如五金模切、超聲波極柱焊接。2工序篩選：制造合格率達不到99%以上的工序、工藝方法自然淘汰，如蓋板焊接。3年產1G產能，10%投入1500萬，按照三年平均折舊，每年500萬元。1%的合格率提升，創(chuàng)造利潤700萬元。3.2建立動力電池制造規(guī)范電池制造五個方面的技術標準：建立材料承認書－－測試、認可、替代標準；電芯制造的工藝、生產、品質標準建立；建立電芯量產認可體系：100只，1000只，1萬只，10萬只；電芯性能認可評估的標準：容量、內阻、自放電、一致性、耐久性、可靠性等；電芯組合、應用評估體系：不同應用條件下電池的組合標準。3.23.3課程講解---知識點3.1電池的制造特征3.2電池的制造體系建立3.3電池制造安全3.4電池的制造質量2019年79起電動汽車自燃起火大數(shù)據(jù)分析1、從車輛類型看，65%的事故車輛為乘用車、28%的事故車輛為專用車、7%的事故車輛為客車；2、從動力電池類型看，86%的事故車輛使用三元鋰離子電池、7%的事故車輛使用磷酸鐵鋰電池、7%的事故車輛電池類型不確定；3、從已查明著火原因中，58%的車輛起火源于電池問題，19%的車輛起火源于碰撞問題，還有部分車輛的起火原因源于浸水、零部件故障、使用問題等原因。4、已查明起火原因的車輛中，41%的車輛處于行駛狀態(tài)、40%的車輛處于靜止狀態(tài)、19%的車輛處于充電狀態(tài)；3.3電池安全的分類及誘因3.3動力電池安全事故誘因安全的本質濫用缺陷機理機電環(huán)境制造、材料枝晶生長3.3動力電池