聚合物锂离子电池生产基础工艺培训.ppt

软包装锂离子电池基础培训 吕江英 软包装锂离子电池基础培训 一 理论知识二 基本物料三 制造流程四 最后的原则五 常用知识 一 理论知识电化学原理LiMxOy C6LI1 zMxOy LizC6充电时 锂离子由正极迁移到负极 并嵌入石墨层 放电时 锂离子由负极石墨层脱出 嵌入到正极活性物质层 软包装锂离子电池基础培训 软包装锂离子电池基础培训 一 理论知识 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料1 电池基本组成正极 正极活性物质 导电剂 粘接剂 集流体 极耳负极 正极活性物质 导电剂 粘接剂 集流体 极耳隔膜 聚乙烯薄膜或者聚乙烯聚丙烯三层膜或者粘接了无机粉末的无纺布隔膜 电解液 导电锂盐的有机溶液 包装膜 铝塑多层膜 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料2 正极锂离子电池的正极活性物质为锂金属氧化物或者其它类型的化合物 如 钴酸锂 锰酸锂 锂钴锰镍酸锂 磷酸亚铁锂 磷酸钴锂 磷酸锰锂 磷酸钒锂 聚苯胺等 目前量产的锂离子电池的正极活性物质都含有锂元素 并且锂离子能够在一定的电压条件下嵌入和脱出 正极的导电剂一般为导电炭黑 常用的有SP S 0 KS6等 正极的粘接剂一般使用PVDF 主要型号有761 761A等 适用于有机溶剂体系 也有使用水性粘接剂的 主要是一些聚丙烯酸酯类的粘接剂 如 LA132 F105等 也有使用SBR的 SBR使用时 要配合CMC增稠剂使用 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料3 负极负极活性物质为石墨或者其它物质 如 硅 锡 钛酸锂等 石墨有人造石墨和天然改性石墨 或者两者的混合物 也有将硅 锡等材料的纳米颗粒和石墨混用的 可以大大提高负极的比容量 钛酸锂具有非常好的性能 具有零形变的特性 并且高倍率放电性能非常好 负极的导电剂一般也是导电炭黑SP 或者不使用导电剂 负极的粘接剂也分为有机溶剂性的和水性的 和正极相同 软包装锂离子电池基础培训 二 基础物料4 电解液电解液多为六氟磷酸锂的1mol L碳酸酯溶液 根据电池的不同用途 溶质也可以是 六氟砷酸锂 高氯酸锂 三氟甲基二乙基磺酸锂或者其组合等 溶剂可以是碳酸二甲酯 碳酸乙酯 碳酸丙烯酯 碳酸甲乙酯或者其不同比例的组合等 电解液根据不同的安全性能的要求会添加不同的增强安全性能的添加剂 如防过充的 阻燃的 提高高温性能的 提高储存性能的 提高低温性能的等 软包装锂离子电池基础培训 二 基础物料5 隔膜常用的隔膜有三种 聚丙烯隔膜 聚乙烯和聚丙烯三层膜 粘接了无机颗粒的无纺布隔膜 聚丙烯隔膜的制备有干法和湿法两种方法 干法属于拉伸膜 湿法属于涂布造孔类成膜 一般来说 湿法隔膜性能更好一点 厚度一般有16 20 22 26微米 三层隔膜是由聚乙烯拉伸膜和聚丙烯拉伸膜复合而成 具有干法隔膜的特性 厚度一般有22 26 30微米 无纺布隔膜有无机颗粒粘附到无纺布上制成 具有不收缩 吸液量大的有点 安全性能非常好 但是需要更高的干燥条件 厚度一般有30 45微米 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料6 集流体正极的集流体一般为铝箔 也有使用钛箔或者其它箔材的 适用于一些特殊的用途 铝箔为压延工艺制作 目前常用的厚度为15微米 面密度在36 40g m2左右 为了增强铝箔的拉伸强度 普遍在铝箔中增加了其它元素 形成合金 后期还使用了其它工艺来增强铝箔的拉伸性能 负极的集流体一般为铜箔 也有使用不锈钢或者镍箔的 铜箔有电解铜箔和压延铜箔 同时电解铜箔有双面光铜箔和单面光铜箔 常用铜箔的厚度为9微米 也有12微米的 面密度在89g m2到110g m2不等 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料7 极耳正极的极耳使用的是金属铝极耳 负极使用的是镍极耳 也可以使用铜极耳或者镀镍铜极耳 也有厂家使用铝极耳 需要特殊保护 极耳胶有三种 白胶 黑胶 黄胶 白胶为一种物质 改性的CPP 黑胶为多层结构 最外层为改性CPP 中间一层为PET 最内层为改性的CPP 黄胶类似黑胶 不同的是中间一层为网状结构的无纺布 三种极耳各有优劣 白胶的热封参数比较难以掌控 容易过熔 黑胶比较硬 难以弯折 且易分层 黄胶极耳柔软 但是同样存在这容易分层的缺点 极耳需要能够耐电解液的浸泡 需要能够通过高温高湿的检验 铝极耳要能够弯折多次不断 镍极耳要容易上锡 软包装锂离子电池基础培训 二 基本物料8 包装膜软包装锂离子电池的包装膜为铝塑膜 铝塑膜的主要生产厂家有两家 日本印刷DNP和昭和电工SHOWA 铝塑膜由多层聚合物薄膜和Al层复合而成 最外层为PET或者NYLON层 粘接到Al层 内层为CPP层 也有在CPP和Al层间多粘接一层PET层的 用来防止短路 铝塑膜的厚度常用的为112或者122微米厚的 也有用于超薄电池的87微米和动力电池的150微米厚度 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库2 前段领料 干燥 冷却 混料 涂布 断切 滚压 分条 分档 焊接极耳 拍平 粘接保护胶纸3 分切隔膜 冲壳4 中段卷绕 叠片 平压及测短路 入壳 顶封 侧封 测短路及开口5 后段干燥 注液 静置 预充 抽气 封边 切边 折边 第一次分容 老化 第二次分容 全检 喷码 出货6 PACK来料全检 正极转镍 加锡 加保护板 加线 胶纸 热缩膜 全检 喷码 包装出货 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库1 1 正极材料检验项目外包装 重量 色泽 比表面积 粒径 PH值 振实密度 发挥容量 加工性能 化学成分 水分等 1 2 粘接剂 固体粘接剂PVDF 外包装 重量 色泽 振实密度 溶解性能 水分 分子量等 1 3 导电剂外包装 重量 色泽 振实密度 比表面积 灰分 水分等 1 4 铝箔外包装 重量 外观 色泽 厚度 宽度 面密度 强度等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库1 5 NMP外包装 重量 色泽 含水量 溶解能力 游离氨含量等 1 6 负极活性材料外包装 重量 色泽 振实密度 比表面积 含水量 发挥容量 灰分放电效率等 1 7 增稠剂外包装 重量 色泽 含水量 分子量 粘度 溶解性等 1 8 粘接剂 水性SBR 外包装 重量 色泽 固含量 PH值等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库1 9 铜箔外包装 重量 外观 厚度 宽度 色泽 面密度 强度等 1 10 胶纸 透明 高温 外包装 重量 长度 外观 厚度 宽度 色泽 强度 粘接力 电解液浸泡等 1 11 铝极耳外包装 尺寸 和铝塑膜热熔性 耐电解液性 焊接性 弯折性等 1 12 镍极耳外包装 尺寸 和铝塑膜热熔性 耐电解液性 焊接性 上锡等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库1 13 隔膜外包装 色泽 厚度 宽度 长度 热收缩 孔隙率 强度等 1 14 铝塑膜外包装 色泽 厚度 宽度 长度 耐电解液性 可充深度 热封焊接性 与极耳焊接性等 1 15 电解液外包装 重量 生产日期 色泽 味道 导电率 密度 含水量 溶剂含量等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程1 来料检验 入库1 16 转镍条外包装 重量 尺寸 外观 硬度 上锡性等 1 17 焊锡外包装 重量 尺寸 外观 熔融性 焊接性等 1 18 保护板外包装 尺寸 外观 保护性能 焊接性等 1 19 热缩套管外包装 尺寸 外观 温度性能 热缩性能等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程2 前段领料 干燥 冷却 混料 涂布 断切 滚压 分条 分档 焊接极耳 拍平 粘接保护胶纸2 1 领料数量 尺寸 配比 型号规格等确认 2 2 干燥物料 数量 温度 时间 换气间隔等 2 3 冷却温度 时间等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程2 前段2 4 混料物料 数量 比例 温度 时间 速度 顺序 真空度 清洁 粘度 刮缸 分散效果 调粘度等 2 5 涂布物料 数量 速度 温度 面密度 外观 尺寸 干燥效果等 2 6 断切物料 数量 速度 尺寸 外观等 2 7 滚压物料 数量 速度 厚度 尺寸 外观 次数等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程2 前段2 8 分条物料 数量 尺寸 毛刺 波浪型等 2 9 分档物料 数量 尺寸 重量等 2 10 焊接极耳物料 数量 焊点数量 压力 时间 功率 尺寸 间隙 焊接效果等 2 11 拍平物料 数量 效果 虚焊等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程2 前段2 12 粘接胶纸物料 数量 尺寸 效果等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程3 分切隔膜 冲壳3 1 分切隔膜隔膜供应商 型号 外观 规格 尺寸等 3 2 冲壳铝塑膜供应商 型号 厚度 尺寸 深度 裂痕 模具 腔体尺寸等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程4 中段卷绕 叠片 平压及测短路 入壳 顶封 侧封 测短路及开口4 1 卷绕 叠片 正负极片 隔膜是否符合要求 卷绕 叠片 方式 极片是否插入到规定位置 叠片数量 对齐度 是否存在负极包不住正极以及隔膜包不住负极的情况 结尾是否在规定位置 极耳间距 4 2 平压及测短路压力 电芯数量 限位 温度 时间 厚度 间隙 短路 极耳间距 4 3 入壳壳子尺寸 正负极耳位置 是否合适 杂物等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程4 4 顶封热封机温度 压力 时间 封刀宽度 封刀整洁度 胶条情况 铁氟龙胶带情况 封刀平行度 热封效果 热封宽度 挤胶 极耳胶外露高度 极耳间距等 4 5 侧封热封机温度 压力 时间 封刀宽度 封刀整洁度 胶条情况 铁氟龙胶带情况 封刀平行度 热封效果 热封宽度 挤胶 电芯高度等 4 6 测短路及开口正负极之间是否短路 正负极与铝塑膜时候短路 正负极极耳是否反位 开口 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程5 后段干燥 注液 静置 预充 抽气 封边 切边 折边 第一次分容 老化 第二次分容 全检 喷码 出货5 1干燥干燥温度 时间 数量 换气次数 氮气水分含量等 5 2注液电解液供应商 型号 露点 容器干燥 清洗 气压 注液量 静置时间 真空度 外观 热封温度 时间 压力等 5 3预充电芯 夹子清洁 是否反向 程序设置 电压巡视 时间 容量 气胀 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程5 4抽气真空度 卡槽深度 宽度 时间 压力 热封温度 失液量 厚度 外观等 5 5封边温度 压力 时间 5 6切边切边宽度 有效封边宽度 5 7折边折边宽度 高度 电芯宽度 5 8第一次分容流程 容量 电压等 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程5 9老化老化温度 时间 电芯状态 电压 容量 5 10第二次分容容量 流程 电压等 5 11全检尺寸 内阻 电压等 5 12喷码字体 大小 位置 是否清洗 粘接牢固等 5 13出货数量 电芯状态 包装 附件 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程6 PACK6 1 来料检验电芯全检 外观 电压 内阻 容量 尺寸 保护板全检 外观 性能 插头 外观 性能 线 胶纸 热缩膜等进行抽检外观 性能 6 2 正极转镍焊接强度 镍带尺寸 焊接尺寸 6 3 加锡加锡量 高度 短路 软包装锂离子电池基础培训 三 制造流程6 4 加保护板保护板规格 端子方向 虚焊 锡珠 联锡 时间 温度等 6 5 加线 胶纸 线 胶纸 的规格 方向 虚焊 锡珠 联锡 时间 温度等 6 6 热缩膜型号 颜色 尺寸 温度 速度等 6 7 全检尺寸 内阻 电压 外观 性能等 6 8喷码字体 大小 位置 是否清洗 粘接牢固等 6 9出货数量 包装 附件等 软包装锂离子电池基础培训 四 最后的原则锂离子电池设计制造最根本的原则 1 尽一切办法除去水分 2 负极可逆容量一定大于正极可逆容量 3 尽一切办法去除毛刺 粉尘 软包装锂离子电池基础培训 五 常用知识1 锂离子电池的能量密度的计算方法体积比能量 Wh L 容量 mAh 3 7 V 1000 长 宽 厚 mm3 重量比能量 Wh kg 容量 mAh 3 7 V 电芯重量 g 2 锂离子电池的使用环境一般来讲 锂离子电池可以在 20 60摄氏度的环境中使用 使用不同的电解液体系可以增宽电池的使用温度范围 软包装锂离子电池基础培训 五 常用知识3 充放电电流的称呼电流的规定一般为 C 比如0 5C C 代表的是电芯的容量 即 英文单词 Capacity 的第一个字母 0 2C的电流就是0 2 标称容量 一般情况下 大于2 0C以上的放电电流就叫倍率放电了 4 充放电制度锂离子电池使用先恒流再恒压的充电方式 小的充放电电流对电池的损害小 有利于延长电池的寿命 一般情况下的充电电流为0 2 0 5C 放电电流为0 1 2 0C 5 充放电深度有100 的充放电深度 有50 的充放电深度 即 浅充浅放 浅充浅放有利于延长电池的寿命 充放电深度的比例就是充放电的容量和电池标称容量的比例 软包装锂离子电池基础培训 五 常用知识6 保护板由于锂离子电池的安全性 在电压过高时 电池会被过充 造成起火 膨胀 爆炸等安全隐患 电池过放会造成电池气涨 短路等隐患 电池性能直接降低 因此 锂离子电池必须配备保护线路板 限制电池的充放电电压 以保护电池 锂离子电池的充电截止电压为4 2V 放电截止电压为2 5V 保护板的充电截断电压为4 3V 放电截断电压为2 5 3 0V 7 锂离子电池常用的标准国标 GB18287 2000 UL认证 CE认证 UN38 3 运输 等 8 锂离子电池常做的安全检测项目过充 过放 短路 高低温 高温高湿 热冲击 重物冲击 挤压 针刺 海拔模拟等 要求一般为不爆炸 不燃烧 不漏液等 软包装锂离子电池基础培训 五 常用的知识9 电池的内阻对电池性能的影响电池的内阻越低 电池的倍率放电性能越好 电池的放电平台就越高 容量相等的情况下 内阻低的电池的功率会更高 同等条件下的放电时间就越长 同等型号的叠片电池比卷绕电池的内阻要低 10 公司目前为什么不做叠片叠片效率非常低 导致人工成本非常高 且目前没有熟手员工 11 扣式二次电池的用途主要用于一些对容量要求不高的用电器中 如无绳电话 遥控器 mp3 电子词典等小型电器中 软包装锂离子电池基础培训 五 常用的知识12 电池的典型的充放电曲线图是怎么样的 红色曲线为电压 蓝色曲线为电流 软包装锂离子电池基础培训 五 常用的知识13 电池的内阻和容量有什么样的关系 电池的内阻和容量是逆相关的关系 即 容量越大 内阻越小 容量越小 内阻越大 但是二者并不是简单的直线比例关系 而是和材料的种类 导电剂的种类以及含量 极片的厚度以及压实 电解液的种类 隔膜的孔隙率以及厚度 甚至焊接的质量 温度等均有关系 内阻的单位一般以毫欧 m 来表示 14 电池储存应该注意的事项由于锂离子电池的电压较高 同时 锂离子电池不能够过放 所以 一般情况下电池的储存条件是半电 3 8V左右 温度以不高于45摄氏度为好 电压太高 容易短路出现火花 同时电池内部反应加剧 性能衰减加快 高温也会使电池内部反应加剧 性能衰减加快 干燥环境 软包装锂离子电池基础培训 五 常用的知识15 电池的不良一般有哪些表现方式 电池的不良一般表现为 低 零 电压 高内阻 气涨 漏液 充不进电 不能够放电 燃烧 开裂等 16 造成低电压的原因有哪些 造成低电压的原因可能有 内部短路 外部短路 储存时间太长 反向充电 保护板自放电大等 17 高内阻的原因有哪些 造成高内阻的原因可能有 电池储存时间太长 电池经受过过充电或者过放电 电池经历过高温 电池经历过短路或者高倍率放电并导致内部气化 电池内部沉锂 电池内部极片间接触不良等 软包装锂离子电池基础培训 五 常用的知识18 造成电池气涨的原因有哪些 导致电池气涨的原因有 高温 短路 过充电 过放电 高倍率放电 储存过久后的充放电 电池密封不严密 内部化学反应 19 造成电池漏液的原因有哪些 热封不良 极耳不良 外力刺穿 多次弯折都有可能造成电池漏液 20 导致电池充不进电 放不出电的原因有哪些 导致电池充不进电 放不出电的原因可能有 电池气涨 电池高内