锂电池基础知识及各工序控制要点

1、 BY：Hu youqiangGuangDong K-Tech Energy Co., Ltd, R&D2014/3/262014/3/261 锂锂电基础及各工序要点培训电基础及各工序要点培训主要内容主要内容1.1.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理2.2.锂离子电池的基本构造锂离子电池的基本构造3.3.锂离子电池各工艺要点锂离子电池各工艺要点4.4.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念21.锂离子电池基本原理锂离子电池基本原理31.锂锂离子电池基本原理离子电池基本原理41.锂锂离子电池基本原理离子电池基本原理以钴酸锂以钴酸锂-石墨体系为例石墨体系为例：正极正极上发生的反应上发生的反

2、应为为 LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（电子电子）负极负极上发生的反应为上发生的反应为 6C + xLi+ + xe- （电子）（电子）= LixC6 51.锂锂离子电池基本原理离子电池基本原理以钴酸锂以钴酸锂-石墨体系为例石墨体系为例：正极正极上发生的反应上发生的反应为为 LiCoO2 =Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-（电子电子）负极负极上发生的反应为上发生的反应为 6C + xLi+ + xe- （电子）（电子）= LixC6 62.锂离子电池基本构造锂离子电池基本构造72.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造2.1 正极构造正极构造活性物质活性

3、物质+导电剂导电剂+粘结剂粘结剂+集流体（铝箔集流体（铝箔）K-tech正极配方：正极配方：8组分组分材料材料配比配比活性物质活性物质三元（三元（LiCo1-x-yNixMnyO2）93.5%-96.5%导电剂导电剂导电碳黑（导电碳黑（sp）、导电石）、导电石墨（墨（ks-6）1.5%-4%粘结剂粘结剂聚偏氟乙烯（聚偏氟乙烯（PVDF）2.0%-2.5%集流体集流体铝箔铝箔-2.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造2.2 负极构造负极构造活性物质活性物质+导电剂导电剂+增稠剂增稠剂+粘结剂粘结剂+集流体集流体（铜铜箔）箔）K-tech负极配方：负极配方：9组分组分材料材料配比配比活性物质活性物

4、质人造石墨（人造石墨（C）93.5%-95.6%导电剂导电剂导电碳黑（导电碳黑（sp）、导电石）、导电石墨（墨（ks-6）1.0 %-2.5%增稠剂增稠剂羧甲基纤维素钠（羧甲基纤维素钠（CMC）1.3%-1.5%粘结剂粘结剂丁苯橡胶乳液（丁苯橡胶乳液（SBR）2.1%-2.5%集流体集流体铜箔铜箔-2.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造2.3 隔膜构造隔膜构造聚烯烃隔膜的结构及聚烯烃隔膜的结构及特点特点10结构结构单层、双层单层、双层单层、双层单层、双层三层三层材料材料PP PE PP/PE/PP 生产方法生产方法干法干法干法、湿法干法、湿法干法干法优点优点耐热性好、透耐热性好、透过性好过性

5、好机械强度高低温闭机械强度高低温闭孔孔(130 左右左右) 综合了综合了PP 、PE 膜优点，机膜优点，机械强度好，械强度好， 安全性更高安全性更高缺点缺点安全关断温度安全关断温度(闭孔温度闭孔温度140 ） 高于高于PE 耐高温性能不如耐高温性能不如PP 高温透过性差高温透过性差应用范围应用范围数码电池、动数码电池、动力电池力电池数码电池数码电池数码电池数码电池2.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造干法单拉隔膜干法单拉隔膜112.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造湿法隔膜湿法隔膜122.锂锂离子电池基本构造离子电池基本构造2.4 盖帽构造133.各工序控制要点各工序控制要点143.各工序

6、控制要点各工序控制要点3.1 配料配料合浆合浆： 正正（负）极浆料配制，是将正（负）极活性物质、导电（负）极浆料配制，是将正（负）极活性物质、导电剂、粘结剂等正（负）极物质混合在一起的混料过程，剂、粘结剂等正（负）极物质混合在一起的混料过程，混料是吧电池活性物质材料和辅料，在溶剂中进行高度混料是吧电池活性物质材料和辅料，在溶剂中进行高度分散形成牛顿型高粘度流体，达到将活性物质、导电剂、分散形成牛顿型高粘度流体，达到将活性物质、导电剂、粘结剂及其它添加剂充分混合，均匀分散的目的粘结剂及其它添加剂充分混合，均匀分散的目的。153.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点（1）原料原料要符合工艺要求

7、，如材料种类型号，各组分的加要符合工艺要求，如材料种类型号，各组分的加入量；入量；（2）正极正极不能带入水分；不能带入水分；（3）设备设备注意干燥，控制室内湿度；注意干燥，控制室内湿度；（4）PVDF溶解过程比较缓慢，制浆前需提前溶解溶解过程比较缓慢，制浆前需提前溶解PVDF于于NMP中，中，CMC也是较难溶液，制浆前需提前溶解也是较难溶液，制浆前需提前溶解CMC于水中；于水中；PVDF和和CMC要充分溶解，分散均匀，如果存在颗粒的粘结剂要充分溶解，分散均匀，如果存在颗粒的粘结剂或增稠剂必须增加搅拌时间或者更改搅拌工艺；或增稠剂必须增加搅拌时间或者更改搅拌工艺；（5）加入加入导电剂和活性物质后

8、，浆料应均匀一致，没有团导电剂和活性物质后，浆料应均匀一致，没有团聚的颗粒，并且浆料中气泡应除尽，正极粘度：聚的颗粒，并且浆料中气泡应除尽，正极粘度：4000-10000mpa.s，负极粘度：，负极粘度：1500mpa.s，浆料粘度和固含量对，浆料粘度和固含量对涂浆工艺影响至关重要。涂浆工艺影响至关重要。163.各工序控制要点各工序控制要点固含量测试方法固含量测试方法：固固含量含量=固化后浆料质量固化后浆料质量/浆料质浆料质量量*100%173.各工序控制要点各工序控制要点3.2 涂涂浆（布）与干燥：浆（布）与干燥：涂布过程是把浆料涂敷到集流体上，干燥是将浆涂布过程是把浆料涂敷到集流体上，干燥

9、是将浆料中溶剂全部除去。锂电池极片涂布时，与一般料中溶剂全部除去。锂电池极片涂布时，与一般的涂料涂布明显不同：浆料湿涂层较厚，浆料为的涂料涂布明显不同：浆料湿涂层较厚，浆料为牛顿型高粘度流体，流体流动是所需剪应力，随牛顿型高粘度流体，流体流动是所需剪应力，随流速的改变而改变。涂布厚度的调整很难根据一流速的改变而改变。涂布厚度的调整很难根据一个标准的方式进行，这也是涂布机涂布过程中的个标准的方式进行，这也是涂布机涂布过程中的难点。它对操作者的熟练程度、经验要求很高。难点。它对操作者的熟练程度、经验要求很高。极片涂布的准确度要求很高，厚度偏差约极片涂布的准确度要求很高，厚度偏差约3um，因此对设备

10、要求很高。因此对设备要求很高。183.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点（1）要要尽可能保证涂布的一致性，操作时应注意浆料粘度的变化、料斗尽可能保证涂布的一致性，操作时应注意浆料粘度的变化、料斗上液面高度的变化、涂布速度的变化；上液面高度的变化、涂布速度的变化；（2）铝箔铝箔上浆料薄层进入烤箱干燥，除去上浆料薄层进入烤箱干燥，除去NMP溶剂（溶剂（NMP沸点沸点202，闪，闪点点95）。干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定，干燥过快，表面）。干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定，干燥过快，表面形成形成PVDF膜层，内部的膜层，内部的NMP溶剂挥发会造成表面层起皱现象，为保证溶剂挥发会

11、造成表面层起皱现象，为保证NMP均匀蒸发，通常采用分段干燥，中间段温度最高。正极一般为均匀蒸发，通常采用分段干燥，中间段温度最高。正极一般为100-130，负极若采用水性体系，干燥温度一般为负极若采用水性体系，干燥温度一般为75-90；还有干燥过程；还有干燥过程NMP挥发，挥发，涂布浆料的组成不断变化，所以配制浆料的涂布浆料的组成不断变化，所以配制浆料的NMP溶剂的量、升温方式和加溶剂的量、升温方式和加热时间，对此都有影响；热时间，对此都有影响；（3）加热加热温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解，温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解，造成活性物质剥落；加热温

12、度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质造成活性物质剥落；加热温度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成铝箔氧化和极片偏湿；铝箔氧化和极片偏湿；（4）涂布涂布和干燥要做到首件三检和干燥要做到首件三检-厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检验对应的拉浆速度、烘烤时间、间隙等。验对应的拉浆速度、烘烤时间、间隙等。193.各工序控制要点各工序控制要点关于条痕暗痕的解释：关于条痕暗痕的解释：暗痕是由于涂布时，极片表面部分厚度不均，暗痕是由于涂布时

13、，极片表面部分厚度不均，出现色差，显示外观为暗痕。厚度不均的原因出现色差，显示外观为暗痕。厚度不均的原因可能是可能是（1）在拉浆过程中因刀口有异物或刀口）在拉浆过程中因刀口有异物或刀口表面不平整（有豁口），造成极片表面厚度不表面不平整（有豁口），造成极片表面厚度不均匀的均匀的现象；（现象；（2）在）在辊压前或辊压后出现的呈辊压前或辊压后出现的呈线状的痕迹。多因刀口未打开的颗粒，或有小线状的痕迹。多因刀口未打开的颗粒，或有小的干浆料卡在刀口上所的干浆料卡在刀口上所致。致。203.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的SEM图：图：213.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的

14、SEM图：图：223.各工序控制要点各工序控制要点FT-1暗痕的暗痕的SEM图：图：233.各工序控制要点各工序控制要点3.3 压光压光与与切片切片极极片经过压实，一方面可以增加极片的比容量，片经过压实，一方面可以增加极片的比容量，使活性物质欲导电剂、集流体充分接触，有利使活性物质欲导电剂、集流体充分接触，有利于活性物质电化学性能充分发挥；另一方面，于活性物质电化学性能充分发挥；另一方面，滚压后极片强度提高，光洁度增大，有利于后滚压后极片强度提高，光洁度增大，有利于后续工艺加工，减少损耗。续工艺加工，减少损耗。243.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点（1）滚压滚压应注意厚度符合工艺要求

15、；应注意厚度符合工艺要求；（2）压片压片时应注意气泡、掉料、极片变形、波时应注意气泡、掉料、极片变形、波浪边等；浪边等；（3）对对辊机辊径越大越好；辊机辊径越大越好；（4）极极片分切尺寸规格符合工艺要求，不掉料、片分切尺寸规格符合工艺要求，不掉料、无波浪边，毛刺符合工艺要求；无波浪边，毛刺符合工艺要求；253.各工序控制要点各工序控制要点3.4 极片极片263.各工序控制要点各工序控制要点273.各工序控制要点各工序控制要点控制点控制点（1）无掉粉，波浪边）无掉粉，波浪边；（2）极片尺寸符合工艺要求）极片尺寸符合工艺要求；（3）贴胶及极耳焊接符合要求）贴胶及极耳焊接符合要求；（4）毛刺毛刺符合

16、工艺符合工艺要求要求。283.各工序控制要点各工序控制要点3.5 卷绕入壳点底焊滚槽卷绕入壳点底焊滚槽遵循负极包住正极原则有以下控制点：遵循负极包住正极原则有以下控制点：（1）卷绕头部尾部，负极超出正极）卷绕头部尾部，负极超出正极5mm以上；以上；（2）极片边缘负极包住正极（）极片边缘负极包住正极（X-ray检测）。检测）。PS: 测试电芯是否内部短路，公司有哪几项措施？测试电芯是否内部短路，公司有哪几项措施？（3）点底焊符合工艺要求）点底焊符合工艺要求-焊接拉力，不虚焊，不过焊接拉力，不虚焊，不过焊。焊。（4）滚槽符合工艺尺寸，无掉镀层等外观问题，无）滚槽符合工艺尺寸，无掉镀层等外观问题，无

17、翘垫片现象。翘垫片现象。293.各工序控制要点各工序控制要点内部短路问题内部短路问题:303.各工序控制要点各工序控制要点313.各工序控制要点各工序控制要点323.各工序控制要点各工序控制要点3.6 烘烤注液烘烤注液所有的控制点最主要的目的：水分控制！所有的控制点最主要的目的：水分控制！水分不合格的后果：电芯化成分容后水分不合格的后果：电芯化成分容后CID翻转、翻转、电电芯低容低压、循环差芯低容低压、循环差等等等问题。等问题。此外：电芯注液量也是重要控制点。此外：电芯注液量也是重要控制点。333.各工序控制要点各工序控制要点3.7 封口封口控制点：控制点：（1）满足封口工艺尺寸；）满足封口工

18、艺尺寸；（2）气密性满足要求；）气密性满足要求；（3）无外观问题。）无外观问题。343.各工序控制要点各工序控制要点3.8 化成分容化成分容化化成：根据工艺要求设置工步，小电流放电，成：根据工艺要求设置工步，小电流放电，最终电压不高于最终电压不高于3.7V3.7V；分容：根据工艺要求设置分容工步；分容：根据工艺要求设置分容工步；PSPS：温度对化成和容量的影响较大，所以要控：温度对化成和容量的影响较大，所以要控制车间温度。制车间温度。353.各工序控制要点各工序控制要点化成目的：化成目的：（1 1）激活正负极材料；）激活正负极材料；（2 2）负极形成）负极形成SEISEI膜。膜。成成膜反应一般

19、在：电压膜反应一般在：电压1.2V1.2V电压电压2.5V2.5V，主要是，主要是H2H2和和CO2CO2产生，电压产生，电压3.0V3.0V，ECEC、EMCEMC、DMCDMC分解，产生其它烷烃类气体，电分解，产生其它烷烃类气体，电芯芯3.0-3.5V3.0-3.5V产气最多，产气最多，3.5V3.5V后后SEISEI膜基本生成，膜基本生成，电压电压3.8V3.8V， DMCDMC和和EMCEMC分解产气为主。分解产气为主。364.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念电压电压：电器工作时的电压电器工作时的电压3.0-4.2/2.5-4.2(单位：单位：V)，放，放电时，电压不停下降，平台电

20、压指占电时，电压不停下降，平台电压指占整个放电时间的整个放电时间的绝绝大部分的那段电压，一般标称电压大部分的那段电压，一般标称电压是平台电压的中心电是平台电压的中心电压，在此电压附近，充电和放电时电压变化都很压，在此电压附近，充电和放电时电压变化都很慢。慢。内阻内阻：电芯本身的电化学阻抗，包括电芯本身的电化学阻抗，包括欧姆电阻核电化学欧姆电阻核电化学电阻电阻，大，大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显明显（单位：（单位：m）。）。容量容量：指：指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，即电流对时间的即电流对时间的积分积分(单位单位：mAh或或Ah ) 。倍率倍率：指电芯按照标称容量的倍数放电下，其放电能力：指电芯按照标称容量的倍数放电下，其放电能力的表述。的表述。374.锂离子电池基本概念锂离子电池基本概念循环循环：指