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電池生產(chǎn)基礎知識

電池生產(chǎn)基礎知識

 

電池生產(chǎn)基礎知識電池生產(chǎn)基礎知識

電池不良項目及成因:

1.容量

產(chǎn)生原因:

a. 附料量偏少;

b. 極片兩面附料量相差較大;

c. 極片斷裂;

d. 電解液少;

e. 電解液電導率低;

f. 正極與負極配片未配好;

g. 隔膜孔隙率;

h. 膠粘劑老化→附料脫落;

i.卷芯超厚(未烘干或電解液未滲透);

j. 分容時(shí)未充滿(mǎn)電;

k. 正負極材料比容量小。

2.內阻

產(chǎn)生原因:

a. 負極片與極耳虛焊;

b. 正極片與極耳虛焊;

c. 正極耳與蓋帽虛焊;

d. 負極耳與殼虛焊;

e. 鉚釘與壓板接觸內阻大;

f. 正極未加導電劑;

g. 電解液沒(méi)有鋰鹽;

h. 電池曾經(jīng)發(fā)生短路;

i. 隔膜紙孔隙率小。

3.電壓低

產(chǎn)生原因:

a. 副反應(電解液分解;正極有雜質(zhì);有水);

b. 未化成好(SEI膜未形成安全);

c. 客戶(hù)的線(xiàn)路板漏電(指客戶(hù)加工后送回的電芯);

d. 客戶(hù)未按要求點(diǎn)焊(客戶(hù)加工后的電芯);

e. 毛刺;

f. 微短路;

g. 負極產(chǎn)生枝晶。

4.超厚。

產(chǎn)生超厚的原因有以下幾點(diǎn):

a. 焊縫漏氣;

b. 電解液分解;

c. 未烘干水分;

d. 蓋帽密封性差;

e. 殼壁太厚;

f. 殼太厚;

g. 卷芯太厚(附料太多;極片未壓實(shí);隔膜太厚)。

5.成因有以下幾點(diǎn)

a. 未化成好(SEI膜不完整、致密);

b. 烘烤溫度過(guò)高→粘合劑老化→脫料;

c. 負極比容量低;

d. 正極附料多而負極附料少;

e. 蓋帽漏氣,焊縫漏氣;

f. 電解液分解,電導率降低。

6.爆炸

a. 分容柜有故障(造成過(guò)充);

b. 隔膜閉合效應差;

c. 內部短路;

7.短路;

a. 料塵;

b. 裝殼時(shí)裝破;

c. 尺刮(小隔膜紙太小或未墊好);

d. 卷繞不齊;

e. 沒(méi)包好;

f. 隔膜有洞;

g. 毛刺。

8.斷路

a) 極耳與鉚釘未焊好,或者有效焊點(diǎn)面積;

b) 連接片斷裂(連接片太短或與極片點(diǎn)焊時(shí)焊得太*下)配料基礎知識。

配料基礎知識

一、 電極的組成:

1、 正極組成:

a、 鈷酸鋰:正極活性物質(zhì),鋰離子源,為電池提高鋰源。

b、 導電劑:提高正極片的導電性,補償正極活性物質(zhì)的電子導電性。

提高正極片的電解液的吸液量,增加反應界面,減少極化。

c、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。

d、 正極引線(xiàn):由鋁箔或鋁帶制成。

2、 負極組成:

a、 石墨:負極活性物質(zhì),構成負極反應的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造石墨兩大類(lèi)。

b、 導電劑:提高負極片的導電性,補償負極活性物質(zhì)的電子導電性。提高反應深度及利用率。 防止枝晶的產(chǎn)生。

利用導電材料的吸液能力,提高反應界面,減少極化。(可根據石墨粒度分布選擇加或不加)。

c、 添加劑:降低不可逆反應,提高粘附力,提高漿料黏度,防止漿料沉淀。

d、 水性粘合劑:將石墨、導電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。

e、 負極引線(xiàn):由銅箔或鎳帶制成。

二、 配料目的:

配料過(guò)程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起,調制成漿料,以利于均勻涂布,保證極片的一致性。配料大致包括五個(gè)過(guò)程,即:原料的預處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。

三、 配料原理:

(一) 、正極配料原理

1、 原料的理化性能。

(1) 鈷酸鋰:非極性物質(zhì),不規則形狀,粒徑D50一般為6-8 μm,含水量≤0.2%,通常為堿性,PH值為10-11左右。

錳酸鋰:非極性物質(zhì),不規則形狀,粒徑D50一般為5-7 μm,含水量≤0.2%,通常為弱堿性,PH值為8左右。

(2) 導電劑:非極性物質(zhì),葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值~300,粒徑一般為 2-5 μm;主要有普通碳黑、超導碳黑、石墨乳等,在大批量應用時(shí)一般選擇超導碳黑和石墨乳復配;通常為中性。

(3) PVDF粘合劑:非極性物質(zhì),鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性變差。

(4) NMP:弱極性液體,用來(lái)溶解/溶脹PVDF,同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。

2、 原料的預處理

(1) 鈷酸鋰:脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。

(2) 導電劑:脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。

(3) 粘合劑:脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時(shí)左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。

(4) NMP:脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設施,直接使用。

3、 原料的摻和:

(1) 粘合劑的溶解(按標準濃度)及熱處理。

(2) 鈷酸鋰和導電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導電劑粘合在一起,提高團聚作用和的導電性。配成漿料后不會(huì )單獨分布于粘合劑中,球磨時(shí)間一般為2小時(shí)左右;為避免混入雜質(zhì),通常使用瑪瑙球作為球磨介子。

4、 干粉的分散、浸濕:

(1) 原理:固體粉末放置在空氣中,隨著(zhù)時(shí)間的推移,將會(huì )吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入后,液體與氣體開(kāi)始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強,液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強,液體可以浸濕固體,將氣體擠出。

當潤濕角≤90度,固體浸濕。

當潤濕角>90度,固體不浸濕。

正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕,所以正極粉料分散相對容易。

(2) 分散方法對分散的影響:

A、 靜置法(時(shí)間長(cháng),效果差,但不損傷材料的原有結構);

B、 攪拌法;自轉或自轉加公轉(時(shí)間短,效果佳,但有可能損傷個(gè)別材料的自身結構)。

1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來(lái)對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài),效果佳。

2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說(shuō)來(lái)攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結構和對設備的損傷就越大。

3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,但太稀將導致材料的浪費和漿料沉淀的加重。

4、濃度對粘結強度的影響。濃度越大,柔制強度越大,粘接強度越大;濃度越低,粘接強度越小。

5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。

6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結皮,太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。

5、 稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便于涂布。

(二)、負極配料原理(大致與正極配料原理相同)。

1、 原料的理化性能。

(1) 石墨:非極性物質(zhì),易被非極性物質(zhì)污染,易在非極性物質(zhì)中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新團聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規則,主要有球形、片狀、纖維狀等。

(2) 水性粘合劑(SBR):小分子線(xiàn)性鏈狀乳液,極易溶于水和極性溶劑。

(3) 防沉淀劑(CMC):高分子化合物,易溶于水和極性溶劑。

(4) 異丙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈,提高粘結強度。

乙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑線(xiàn)性交鏈,提高粘結強度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的,大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。

(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動(dòng)性。

2、 原料的預處理:

(1) 石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤,除去表面油性物質(zhì),提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低)。

(2) 水性粘合劑:適當稀釋?zhuān)岣叻稚⒛芰Α?/span>

3、 摻和、浸濕和分散:

(1) 石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。

(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合。

(3) 應適當降低攪拌濃度,提高分散性。

(4) 分散過(guò)程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應,攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應該適當升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,同時(shí)提高流動(dòng)性,降低分散難度。

(5) 攪拌過(guò)程如加入真空脫氣過(guò)程,排除氣體,促進(jìn)固-液吸附,效果更佳。

(6) 分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內容,在三、(一)、4中有詳細論述,在此不予詳細解釋。

4、 稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便于涂布。

四、 配料注意事項:

1、 防止混入其它雜質(zhì);

2、 防止漿料飛濺;

3、 漿料的濃度(固含量)應從高往低逐漸調整,以免增加麻煩;

4、 在攪拌的間歇過(guò)程中要注意刮邊和刮底,確保分散均勻;

5、 漿料不宜長(cháng)時(shí)間擱置,以免沉淀或均勻性降低; 

6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入,以免組分材料性質(zhì)變化;

7、 攪拌時(shí)間的長(cháng)短以設備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換,無(wú)法更換的可將轉速由慢到快進(jìn)行調整,以免損傷設備;

8、 出料前對漿料進(jìn)行過(guò)篩,除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶;

9、 對配料人員要加強培訓,確保其掌握專(zhuān)業(yè)知識,以免釀成大禍;

10、 配料的關(guān)鍵在于分散均勻,掌握該中心,其它方式可自行調整。

五、 總論:

隨著(zhù)電池制程的日益透明,鋰離子電池生產(chǎn)廠(chǎng)家越來(lái)越將配料列為核心機密,因為從材料的挑選、處理到合理搭配包含了太多技術(shù)人員的心血,同樣的材料,有的廠(chǎng)家用起來(lái)特別順利,有的廠(chǎng)家就麻煩百出;有的廠(chǎng)家用中檔的材料可以做出高端的電池,而有的廠(chǎng)家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹;本人在此發(fā)表配料的基礎知識,旨在讓大家對配料的了解多一些,少走一些彎路;但因本人水平有限,難免有疏漏之處,希望大家多多批評指正。我也期望大家在工作中認真研究,真誠交流,大膽創(chuàng )新,團結起來(lái),共同促進(jìn)中國鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。

 


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