锂离子电池基本原理和工艺流程介绍

4/12/2023ATLConfidential课程简介PartA：基本常识与常用术语、缩写PartB：迭片工艺的主要工艺流程介绍PartC：卷绕工艺主要工艺流程介绍第一页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialPartA：基本常识与常用术语、缩写第二页，共66页。4/12/2023ATLConfidential锂离子电池基本组成部分锂离子电池锂离子电芯：Cell保护电路：PCB……阴极：Cathode阳极：Anode隔离膜：Separator电解液：Electrolyte包装：Packingfoil第三页，共66页。4/12/2023ATLConfidential阴极Cathode

Cathode阴极钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂阴极活性物质导电碳黑电子导电粘结剂粘结塑化剂（迭片特有）塑化剂，经萃取可造孔丙酮溶剂正极集流体Al箔（Al网）集流体导电碳黑（迭片特有）电子导电粘结剂（迭片特有）粘结膜片和集流体溶剂

第四页，共66页。4/12/2023ATLConfidential

Anode阳极MCMB或石墨阴极活性物质导电碳黑电子导电粘结剂粘结塑化剂（迭片特有）塑化剂，经萃取可造孔丙酮溶剂阳极Anode

负极集流体Cu箔（Cu网）集流体导电碳黑（迭片特有）电子导电粘结剂（迭片特有）粘结膜片和集流体溶剂

第五页，共66页。4/12/2023ATLConfidential

Separator隔离膜PE、PP、PET……骨架，使隔离膜具有一定的强度粘结剂（迭片特有）粘结塑化剂（迭片特有）塑化丙酮溶剂Electrolyte电解液

六氟磷酸锂电解质盐，离子导电PC、EC、DEC……溶剂，溶解电解质盐Packingfoil包装铝箔PP热封层，热熔粘结达到密封作用铝防水，主要保护层，防水、隔绝空气尼龙铝保护层隔离膜、电解液、包装材料第六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential内部称谓膜片：迭片工艺特有，Coating生产出来得半成品，组分是阴阳极粉料和辅料极片：阴极/阳极活性材料与集流体组合成的半成品Bi-Cell：迭片工艺在平压后由阴极、阳极、隔离膜组成的单体电芯裸电芯：焊接工序成品称谓，电芯除包装铝箔和电解液部分总称。卷绕工艺中卷绕后的半成品也称裸电芯第七页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialCC:

恒流充电（ConstantCurrent:恒定电流的充电过程）CV:

恒压充电(ConstantVoltage:恒定电压的充电过程）Capacity：容量(电流与时间的积分)Rate：放电“倍率”习惯用C表示。“倍率”放电是我们的习惯说法，如：0.2C放电-----放电时间t=1/0.2=5小时，放电电流I=电池容量*0.2A0.5C放电-----放电时间t=1/0.5=2小时，放电电流I=电池容量*0.5A1C放电-----放电时间t=1/1=1小时，放电电流I=电池容量*1A2C放电-----放电时间t=1/2=0.5小时，放电电流I=电池容量*2A0.2C、0.5C、1C、2C充电也是类似的意思。常用术语第八页，共66页。4/12/2023ATLConfidential图片仅为模型，不代表具体商品ATL电芯应用第九页，共66页。4/12/2023ATLConfidential图片仅为模型，不代表具体商品ATL电芯应用第十页，共66页。4/12/2023ATLConfidential图片仅为模型，不代表具体产品ATL电芯应用第十一页，共66页。4/12/2023ATLConfidential图片仅为模型，不代表具体商品ATL电芯应用第十二页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialATL电芯应用图片仅为模型，不代表具体商品第十三页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialPartB：迭片工艺的主要工艺流程介绍第十四页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialLi离子电芯核心制造工艺分为：迭片工艺和卷绕工艺制造工艺分类两种工艺的主要区别和工艺名称来源：极片装配方式的区别由此两种基础工艺衍生出许多分支工艺（ATL内部工艺）P1、P2、P1B、P2C---------迭片工艺M6S、M6P、M6C---------卷绕工艺第十五页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺（Stacking）ATL内部称为P1工艺。迭片工艺是将阴极、阳极、隔离膜切成小片叠片压合成小电芯单体（内部称为Bi-cell），然后将Bi-cell叠放并联起来组成一个大电芯的一种Li离子电芯制造工艺。迭片工艺的定义单层Bi-cell叠片过程演示单面阳极隔离膜单面阴极Bi-Cell第十六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺示意图双层Bi-cell叠片过程演示双面阳极第十七页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺示意图第十八页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialP1工序流程图（Mainprocess）迭片工艺的主要工序流程图搅拌（Mixing）涂布（Coating）分切（Slitting）连续辊压（LamI）模切（ModuleCutting）叠片（Stacking）平压（LamII）萃取（Extraction）焊接（Welding）顶封（TopSealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）测试第十九页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺物料形态流程图第二十页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---MixingMixing示意图Mixing（搅拌）工序功能：将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀，并调制成浆。混合头高速旋转产生吸力，液体和固体被吸入离心力使材料在混合头中进行圆周运动材料从混合头甩出材料在搅拌罐继续运动，进入下一个搅拌循环第二十一页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Mixing第二十二页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialCoating（涂布）工序功能：将浆料连续、均匀地涂覆在传送Mylar的表面，烘干，分别制成阴阳极的膜片。迭片工艺的主要工艺流程

---Coating原理：涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上，按工艺要求，控制涂布层的厚度以达到重量要求，同时，通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质很好地粘结于基材上。第二十三页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---CoatingCoating示意图第二十四页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Coating第二十五页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialLamⅠ（连续辊压）工序功能：将膜片与集流体通过高温、压力，匀速的压制成极片卷，同时将之压实，达到合适的密度和厚度。迭片工艺的主要工艺流程

---LamⅠ原理：在膜片与极流体浆料中含有一定量的PVDF粘结剂，在加热和加压的条件下膜片和极片粘合在一起第二十六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---LamⅠ第二十七页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialStacking（叠片）工序功能：通过手工或夹具将阴极极片、隔离膜片、阳极极片规则地重叠在一起。迭片工艺的主要工艺流程

---Stacking双层Bi-cell叠片过程演示第二十八页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---手工叠片第二十九页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---夹具叠片第三十页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialLamⅡ（平压）工序功能：将阴极极片、阳极极片、隔离膜通过加温压制成Bi-cell。

迭片工艺的主要工艺流程

---LamⅡ原理：与LamⅠ类似，通过极片（主要是膜片）、隔离膜上含有的一定量的PVDF粘结剂，在加热和加压的条件下阴极极片、隔离膜、阳极极片粘结在一起第三十一页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---LamⅡ第三十二页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialExtraction（萃取）工序功能：萃取就是通过萃取（一般为甲醇）溶液将Bi-Cell里面的塑化剂（DBP：邻苯二钾酸二丁脂，又称造孔剂）萃取出来，原来塑化剂所在的地方就形成小孔，有利于Li+顺畅通过，以及电解液驻扎在里面。迭片工艺的主要工艺流程

---Extraction原理：与化学萃取的原理相同，利用塑化剂在萃取液（甲醇）中良好的溶解性，以及其他材料不溶于萃取剂的特性，萃取剂浸泡Bi-cell，同时加热，使塑化剂溶解在萃取液中，达到造孔的目的第三十三页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialNoextraction（treated）Extracted（treated）SEMimagesofSeparator（NoextractionVSExtraction）迭片工艺的主要工艺流程

---Extraction第三十四页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Extraction第三十五页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialWelding（焊接）工序功能：将多个Bi-cell和Al、NiTab一起焊接成为裸电芯迭片工艺的主要工艺流程

---Welding原理：超声波焊接利用超声频率（超过16KHZ）的机械振动能量在静压力的共同作用下，将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及随后有限的温升，从而达到连接异种金属的目的。第三十六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Welding切去多余的极耳焊接焊接后的裸电芯第三十七页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialTopsealing（顶封）工序功能：将裸电芯包上包装铝箔，对顶部和侧边进行热封装迭片工艺的主要工艺流程

---Topsealing原理：包装铝箔分3层（尼龙层、铝层、PP层），封装时通过加热使PP溶化，同时加压（封头压合）使两层包装铝箔粘合在一起，达到封装的目的第三十八页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Topsealing第三十九页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialInject（注液）工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：电芯注液前要进行除水，关注过程要求低湿度原理：水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响，满充状态的阳极与锂金属性质相近，可以直接与水发生反应。因此，在锂离子电池的制作过程中必须严格控制环境的湿度和正负极材料、电解液的含水量。迭片工艺的主要工艺流程

---Inject第四十页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Inject第四十一页，共66页。4/12/2023ATLConfidential化成工序功能：通过充放电方式将其内部正负极物质激活，同时在阳极表面形成良好的SEI膜。原理：锂电芯的化成是电池的初使化,使电芯的活性物质激活，即是一个能量转换的过程。锂电芯的化成是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能很重要的一道工序，因为在Li+第一次充电时，Li+第一次插入到石墨中，会在电池内发生电化学反应,在电池首次充电过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上、形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层，人们称之为固体电解质相界面或称SEI膜(SOLIDELECTROLYTEINTERFACE）迭片工艺的主要工艺流程

---Formation第四十二页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Formation第四十三页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialForming（成型）工序功能：将电芯外型作最后加工迭片工艺的主要工艺流程

---FormingDegassingBaking切边折边释放化成产生的气体高温老化切去气袋和多余的侧边将侧边折起，完成电芯最终外形第四十四页，共66页。4/12/2023ATLConfidential迭片工艺的主要工艺流程

---Forming第四十五页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialPart3：卷绕工艺的主要工艺流程介绍第四十六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺工序流程图（Mainprocess）卷绕工艺的主要工序流程图搅拌（Mixing）涂布（Coating）冷压（ColdLam）裁片分条（Slitting）焊接（Welding）卷绕（Winding）顶封（Topsealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）测试第四十七页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---物料形态流程图第四十八页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---MixingMixing示意图Mixing（搅拌）---与迭片工艺基本相同工序功能：将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀，并调制成浆。混合头高速旋转产生吸力，液体和固体被吸入。离心力使材料在混合头中进行圆周运动材料从混合头甩出材料在搅拌罐继续运动，进入下一个搅拌循环第四十九页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialCoating（涂布）---与迭片原理相同，方法不同工序功能：将浆料间歇、均匀地涂覆在传送集流体的表面，烘干，分别制成阴阳极的极片卷。卷绕工艺的主要工艺流程

---Coating原理：涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上，按工艺要求，控制涂布层的厚度以达到重量要求，同时，通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质很好地粘结于基材上。第五十页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---Coating第五十一页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialColdLam

（冷压）工序功能：将Coating后的极片压实，达到合适的密度和厚度卷绕工艺的主要工艺流程

---ColdLam原理：通过调节压辊的间隙以调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度第五十二页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---ColdLam第五十三页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialCutting（裁片、分条）工序功能：将冷压后的极片卷，先裁成大片，然后分成所需要的小条阴阳极极片卷绕工艺的主要工艺流程

---Cutting第五十四页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---Cutting第五十五页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialWinding（卷绕）工序功能：小条阴阳极极片、隔离膜卷绕组合成裸电芯卷绕工艺的主要工艺流程

---Winding第五十六页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---Winding第五十七页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialTopsealing（顶封）---与迭片工艺相同工序功能：将裸电芯包上包装铝箔，对顶部和侧边进行热封装卷绕工艺的主要工艺流程

---Topsealing原理：包装铝箔分3层（尼龙层、铝层、PP层），封装时通过加热使PP溶化，同时加压（封头压合）使两层包装铝箔粘合在一起，达到封装的目的第五十八页，共66页。4/12/2023ATLConfidential卷绕工艺的主要工艺流程

---Topsealing第五十九页，共66页。4/12/2023ATLConfidentialInject（注液）---与迭片工艺基本相同工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：电芯注液前要进行除水，注液过程要求低湿度原理：水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响，满充状态的阳极与锂金属性质相