锂离子电池工艺配料模板.doc
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1、1.正负极配方配料过程实际上是将浆料中多种组成按标准百分比混合在一起,调制成浆料,以利于均匀涂布,确保极片一致性。配料大致包含五个过程,即:原料预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。1.1正极配方(LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)LiCoO2(10m):93.5%;其它:6.5%如Super-P:4.0%;PVDF761:2.5;NMP(增加粘结性):固体物质重量比约为810:1496a) 正极黏度控制6000cps(温度25转子3);b) NMP重量须合适调整,达成黏度要求为宜;c) 尤其注意温度湿度对黏度影响l 钴酸锂:正极活性物质,锂离子源,为电池提
2、升锂源。 钴酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50通常为6-8 m,含水量0.2%,通常为碱性,PH值为10-11左右。 锰酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50通常为5-7 m,含水量0.2%,通常为弱碱性,PH值为8左右。l 导电剂:提升正极片导电性,赔偿正极活性物质电子导电性。提升正极片电解液吸液量,增加反应界面,降低极化。 非极性物质,葡萄链状物,含水量3-6%,吸油值300,粒径通常为 2-5 m;关键有一般碳黑、超导碳黑、石墨乳等,在大批量应用时通常选择超导碳黑和石墨乳复配;通常为中性。 l PVDF粘合剂:将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。 非极性物质,链状物,分子量从
3、300000到3000000不等;吸水后分子量下降,粘性变差。l NMP:弱极性液体,用来溶解/溶胀PVDF,同时用来稀释浆料。l 正极引线:由铝箔或铝带制成。1.2负极配方(石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)负极材料:94.5%;Super-P:1.0%;SBR:2.25%;CMC:2.25%水:固体物质重量比为1600:1417.5a) 负极黏度控制5000-6000cps(温度25转子3)b) 水重量需要合适调整,达成黏度要求为宜;c) 尤其注意温度湿度对黏度影响2.正负极混料 石墨:负极活性物质,组成负极反应关键物质;关键分为天然石墨和人造石墨
4、。 非极性物质,易被非极性物质污染,易在非极性物质中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染石墨,在水中分散后,轻易重新团聚。通常粒径D50为20m左右。颗粒形状多样且多不规则,关键有球形、片状、纤维状等。 导电剂:提升负极片导电性,赔偿负极活性物质电子导电性。提升反应深度及利用率。预防枝晶产生。利用导电材料吸液能力,提升反应界面,降低极化。(可依据石墨粒度分布选择加或不加)。 添加剂:降低不可逆反应,提升粘附力,提升浆料黏度,预防浆料沉淀。增稠剂/防沉淀剂(CMC):高分子化合物,易溶于水和极性溶剂。异丙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液极性,提升石墨和粘合剂溶液兼容性;含有强烈消泡作用
5、;易催化粘合剂网状交链,提升粘结强度。乙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液极性,提升石墨和粘合剂溶液兼容性;含有强烈消泡作用;易催化粘合剂线性交链,提升粘结强度(异丙醇和乙醇作用从本质上讲是一样,大量生产时可考虑成本原因然后选择添加哪种)。 水性粘合剂(SBR):将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链状乳液,极易溶于水和极性溶剂。增稠剂/防沉淀剂(CMC):高分子化合物,易溶于水和极性溶剂。 负极引线:由铜箔或镍带制成。去离子水(或蒸馏水):稀释剂,酌量添加,改变浆料流动性。2.1正极混料l 原料掺和:(1) 粘合剂溶解(按标准浓度)及热处理。(2) 钴酸锂和导电剂球磨
6、:使粉料初步混合,钴酸锂和导电剂粘合在一起,提升团聚作用和导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中,球磨时间通常为2小时左右;为避免混入杂质,通常使用玛瑙球作为球磨介子。l 干粉分散、浸湿:(1) 原理:固体粉末放置在空气中,伴随时间推移,将会吸附部分空气在固体表面上,液体粘合剂加入后,液体和气体开始争夺固体表面;假如固体和气体吸附力比和液体吸附力强,液体不能浸湿固体;假如固体和液体吸附力比和气体吸附力强,液体能够浸湿固体,将气体挤出。当润湿角90度,固体浸湿。当润湿角90度,固体不浸湿。正极材料中全部组员全部能被粘合剂溶液浸湿,所以正极粉料分散相对轻易。(2) 分散方法对分散影响:A、 静置
7、法(时间长,效果差,但不损伤材料原有结构);B、 搅拌法;自转或自转加公转(时间短,效果佳,但有可能损伤部分材料本身结构)。1、搅拌桨对分散速度影响。搅拌桨大致包含蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。通常蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大材料或配料初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低状态,效果佳。2、搅拌速度对分散速度影响。通常说来搅拌速度越高,分散速度越快,但对材料本身结构和对设备损伤就越大。3、浓度对分散速度影响。通常情况下浆料浓度越小,分散速度越快,但太稀将造成材料浪费和浆料沉淀加重。4、浓度对粘结强度影响。浓度越大,柔制强度越大,粘接强度越大;浓度越低,粘接强度越小。5、真空度对
8、分散速度影响。高真空度有利于材料缝隙和表面气体排出,降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小情况下分散均匀难度将大大降低。6、温度对分散速度影响。适宜温度下,浆料流动性好、易分散。太热浆料轻易结皮,太冷浆料流动性将大打折扣。l 稀释。将浆料调整为适宜浓度,便于涂布。2.1.1原料预处理(1) 钴酸锂:脱水。通常见120常压烘烤2小时左右。(2) 导电剂:脱水。通常见200常压烘烤2小时左右。(3) 粘合剂:脱水。通常见120-140常压烘烤2小时左右,烘烤温度视分子量大小决定。(4) NMP:脱水。使用干燥分子筛脱水或采取特殊取料设施,直接使用。2.1.2物料球磨a)将LiCoO2 Supe
9、r-P倒入料桶,同时加入磨球(干料:磨球=1:1),在滚瓶及上进行球磨,转速控制在60rmp以上;b)4小时结束,过筛分离出球磨;2.1.3操作步骤a) 将NMP倒入动力混合机(100L)至80,称取PVDF加入其中,开机;参数设置:转速252转/分,搅拌115-125分钟;b) 接通冷却系统,将已经磨号正极干料平均分四次加入,每次间隔28-32分钟,第三次加料视材料需要添加NMP,第四次加料后加入NMP;动力混合机参数设置:转速为202转/分c) 第四次加料302分钟后进行高速搅拌,时间为48010分钟;动力混合机参数设置:公转为302转/分,自转为252转/分;d) 真空混合:将动力混合机
10、接上真空,保持真空度为-0.09Mpa,搅拌302分钟;动力混合机参数设置:公转为102分钟,自转为82转/分e) 取250-300毫升浆料,使用黏度计测量黏度;测试条件:转子号5,转速12或30rpm,温度范围25;f) 将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,和拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。2.1.4注意事项a) 完成,清理机器设备及工作环境;b) 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。2.2负极混料2.2.1原料预处理:(1) 石墨:A、混合,使原料均匀化,提升一致性。B、300400常压烘烤,除去表面油性物质,提升和水性粘合剂相容能力,修圆石墨表
11、面棱角(有些材料为保持表面特征,不许可烘烤,不然效能降低)。(2) 水性粘合剂:合适稀释,提升分散能力。 掺和、浸湿和分散:(1) 石墨和粘合剂溶液极性不一样,不易分散。(2) 可先用醇水溶液将石墨初步润湿,再和粘合剂溶液混合。(3) 应合适降低搅拌浓度,提升分散性。(4) 分散过程为降低极性物和非极性物距离,提升势能或表面能,所以为吸热反应,搅拌时总体温度有所下降。如条件许可应该合适升高搅拌温度,使吸热变得轻易,同时提升流动性,降低分散难度。(5) 搅拌过程如加入真空脱气过程,排除气体,促进固-液吸附,效果更佳。(6) 分散原理、分散方法同正极配料中相关内容 稀释:将浆料调整为适宜浓度,便于
12、涂布。2.2.2物料球磨将负极和Super-P倒入料桶同时加入球磨(干料:磨球=1:1.2)在滚瓶及上进行球磨,转速控制在60rmp以上;4小时结束,过筛分离出球磨;2.2.3操作步骤a) 纯净水加热至至80倒入动力混合机(2L)b)加CMC,搅拌602分钟;动力混合机参数设置:公转为252分钟,自转为152转/分;c) 加入SBR和去离子水,搅拌602分钟;动力混合机参数设置:公转为302分钟,自转为202转/分;d) 负极干料分四次平均次序加入,加料同时加入纯净水,每次间隔28-32分钟;动力混合机参数设置:公转为202转/分,自转为152转/分;e) 第四次加料302分钟后进行高速搅拌,
13、时间为48010分钟;动力混合机参数设置:公转为302转/分,自转为252转/分;f) 真空混合:将动力混合机接上真空,保持真空度为-0.09到0.10Mpa,搅拌302分钟;动力混合机参数设置:公转为102分钟,自转为82转/分g) 取500毫升浆料,使用黏度计测量黏度;测试条件:转子号5,转速30rpm,温度范围25;h) 将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,和拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。2.2.4注意事项a) 完成,清理机器设备及工作环境;b) 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。 配料注意事项:1、 预防混入其它杂质;2、 预防浆料飞溅;3
14、、 浆料浓度(固含量)应从高往低逐步调整,以免增加麻烦;4、 在搅拌间歇过程中要注意刮边和刮底,确保分散均匀;5、 浆料不宜长时间搁置,以免沉淀或均匀性降低;6、 需烘烤物料必需密封冷却以后方能够加入,以免组分材料性质改变;7、 搅拌时间长短以设备性能、材料加入量为主;搅拌桨使用以浆料分散难度进行更换,无法更换可将转速由慢到快进行调整,以免损伤设备;8、 出料前对浆料进行过筛,除去大颗粒以防涂布时造成断带;9、 对配料人员要加强培训,确保其掌握专业知识,以免酿成大祸;10、 配料关键在于分散均匀,掌握该中心,其它方法可自行调整。3.电池制作3.1 极片尺寸3.2 拉浆工艺a) 集流体尺寸正极(
15、铝箔),间歇涂布;负极(铜箔),间歇涂布b) 拉浆重量要求3.3 裁片(正负极拉浆后进行以下工序):裁大片 裁小片 称片(配片) 烘烤 轧片 极耳焊接3.4轧片要求电极压片后厚度(mm)压片后长度(mm)正极0.125-0.145362-365负极0.125-0.145400-4033.5配片方案序号正极重量(克)负极重量(克)备注15.49-6.012.83-2.86正极能够和重1-2个档次负极进行配片26.02-6.092.87-2.9036.10-6.172.91-2.9446.18-6.252.95-2.9856.26-6.332.99-3.0166.34-6.413.02-3.053
16、.6极片烘烤电极温度时间(小时)真空度正极12056-10-0.09Mpa负极11056-10-0.09Mpa备注:真空系统真空度为-0.095-0.10Mpa 保护气为高纯氮气,气体气压大于0.5Mpa3.7极耳制作正极极耳 上盖组合 超声波焊接, 铝条边缘和极片边缘平齐负极 镍条直接用点焊机点焊,要求点焊数为8个点,镍条右侧和负极片右侧对齐,镍条末端和极片边缘平齐3.8隔膜尺寸3.9卷针宽度3.10压芯电池卷绕后,先在电芯底部贴上24mm通明胶带,再用压平机冷压2次;3.11电芯入壳前要求胶纸 镍条。3.12装壳3.13负极极耳焊接负极镍条和钢壳用点焊机焊接,要确保焊接强度,严禁虚焊3.1
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