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电池生产基础知识

电池生产基础知识

 

电池生产基础知识电池生产基础知识

电池不良项目(mu)及成因:

1.容量

产生原(yuan)因:

a. 附料量偏少(shao);

b. 极(ji)片两面(mian)附料量相差较大;

c. 极片断(duan)裂;

d. 电解液(ye)少;

e. 电(dian)解液电(dian)导(dao)率(lv)低;

f. 正极与(yu)负极配片未配好(hao);

g. 隔膜孔隙率(lv)小;

h. 胶粘剂老化→附料脱落;

i.卷芯超厚(hou)(未烘干或电解液(ye)未渗透);

j. 分容时未充(chong)满电;

k. 正负(fu)极材(cai)料比容量小。

2.内阻

产生原因(yin):

a. 负极片与极耳虚焊(han);

b. 正极(ji)片(pian)与极(ji)耳虚焊;

c. 正极耳与盖帽虚焊;

d. 负极(ji)耳与壳虚(xu)焊;

e. 铆钉与压板接触内阻大;

f. 正极未加导电(dian)剂;

g. 电解液没有(you)锂盐(yan);

h. 电池曾(ceng)经发生短(duan)路;

i. 隔膜纸孔隙率(lv)小(xiao)。

3.电压低

产(chan)生原(yuan)因(yin):

a. 副反应(电(dian)解(jie)液分解(jie);正(zheng)极有(you)杂质;有(you)水(shui));

b. 未化成(cheng)好(SEI膜未形成(cheng)安全);

c. 客户的线(xian)路板漏(lou)电(dian)(dian)(指客户加(jia)工后送回的电(dian)(dian)芯);

d. 客户(hu)未(wei)按要求(qiu)点(dian)焊(han)(客户(hu)加工后的电芯(xin));

e. 毛(mao)刺;

f. 微短路;

g. 负极产生枝晶。

4.超厚(hou)。

产(chan)生超厚的原(yuan)因有以下几点(dian):

a. 焊缝漏气;

b. 电(dian)解(jie)液分解(jie);

c. 未烘干水分;

d. 盖帽密封性差;

e. 壳壁太厚;

f. 壳太厚;

g. 卷芯太(tai)厚(附料太(tai)多;极片未压(ya)实;隔膜太(tai)厚)。

5.成因有(you)以下几点

a. 未(wei)化成好(SEI膜(mo)不完整(zheng)、致密);

b. 烘烤温度过高→粘合剂老(lao)化→脱料;

c. 负极(ji)比容量低;

d. 正极(ji)附(fu)料(liao)多而负极(ji)附(fu)料(liao)少;

e. 盖帽(mao)漏气(qi),焊缝漏气(qi);

f. 电(dian)解(jie)(jie)液分解(jie)(jie),电(dian)导率降低。

6.爆炸

a. 分容柜有故障(造成(cheng)过充);

b. 隔膜闭合效应差;

c. 内部短路;

7.短路;

a. 料尘;

b. 装(zhuang)壳时(shi)装(zhuang)破;

c. 尺刮(小隔膜(mo)纸太小或未垫好);

d. 卷绕不(bu)齐(qi);

e. 没包好;

f. 隔(ge)膜有(you)洞;

g. 毛刺。

8.断(duan)路(lu)

a) 极耳与(yu)铆钉未焊好,或(huo)者有效(xiao)焊点面积小;

b) 连接(jie)片(pian)断裂(lie)(连接(jie)片(pian)太短或与极片(pian)点焊(han)时焊(han)得太*下)配料基础知(zhi)识。

配料基础知识

一、 电(dian)极的组成:

1、 正极(ji)组成:

a、 钴酸锂(li):正极活性(xing)物质,锂(li)离(li)子(zi)源,为电池(chi)提(ti)高(gao)锂(li)源。

b、 导电(dian)剂:提高(gao)正极片的导电(dian)性(xing),补偿正极活性(xing)物(wu)质的电(dian)子(zi)导电(dian)性(xing)。

提高正(zheng)极片的(de)电(dian)解液(ye)的(de)吸液(ye)量,增加反应界面,减(jian)少(shao)极化。

c、 PVDF粘合剂:将(jiang)钴酸锂、导电(dian)剂和铝(lv)箔(bo)或铝(lv)网粘合在一(yi)起(qi)。

d、 正极引线:由铝(lv)箔或铝(lv)带制成。

2、 负极组(zu)成:

a、 石墨:负极活性物质,构(gou)成负极反应的(de)主要物质;主要分为天然石墨和人造石墨两大(da)类。

b、 导电(dian)(dian)(dian)(dian)剂:提(ti)高负极(ji)(ji)片的导电(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing),补偿负极(ji)(ji)活性(xing)物质(zhi)的电(dian)(dian)(dian)(dian)子导电(dian)(dian)(dian)(dian)性(xing)。提(ti)高反(fan)应深度及利用率。 防止枝晶的产生。

利用(yong)导电材料的吸液能力,提(ti)高反(fan)应(ying)界面,减少极(ji)化。(可根据石(shi)墨粒(li)度分布(bu)选择加或不加)。

c、 添加剂(ji):降低不可逆(ni)反应(ying),提高粘(zhan)附(fu)力,提高浆料黏度,防止浆料沉淀。

d、 水性(xing)粘(zhan)合(he)剂:将石墨、导电剂、添加剂和铜箔(bo)或铜网粘(zhan)合(he)在一起。

e、 负极引线:由铜箔(bo)或镍带(dai)制(zhi)成。

二、 配料目的(de):

配料(liao)(liao)过程(cheng)实(shi)际上是将浆料(liao)(liao)中的(de)各种组成按标准(zhun)比(bi)例混合在一(yi)起,调制成浆料(liao)(liao),以利于均匀涂布,保证极片(pian)的(de)一(yi)致(zhi)性。配料(liao)(liao)大(da)致(zhi)包括五个(ge)过程(cheng),即(ji):原料(liao)(liao)的(de)预处(chu)理、掺(chan)和、浸湿、分(fen)散和絮凝。

三、 配料原理:

(一) 、正极配料(liao)原(yuan)理

1、 原料的(de)理(li)化性能。

(1) 钴酸锂(li):非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为6-8 μm,含(han)水量≤0.2%,通常为碱性,PH值为10-11左(zuo)右。

锰酸(suan)锂:非极性物质(zhi),不规则形状(zhuang),粒(li)径D50一般为5-7 μm,含(han)水量≤0.2%,通常为弱碱性,PH值为8左右。

(2) 导(dao)电剂:非极(ji)性(xing)物质,葡萄(tao)链状物,含水量(liang)3-6%,吸油值~300,粒径一般为 2-5 μm;主要有普通(tong)碳(tan)黑、超(chao)导(dao)碳(tan)黑、石(shi)墨(mo)乳(ru)等,在大批量(liang)应用时一般选择超(chao)导(dao)碳(tan)黑和石(shi)墨(mo)乳(ru)复配;通(tong)常(chang)为中(zhong)性(xing)。

(3) PVDF粘合剂:非极性物质,链(lian)状物,分子量(liang)(liang)从(cong)300,000到(dao)3,000,000不等;吸水后分子量(liang)(liang)下降(jiang),粘性变差。

(4) NMP:弱极(ji)性(xing)液体,用(yong)来(lai)溶解/溶胀PVDF,同时(shi)用(yong)来(lai)稀释浆料。

2、 原料的预处理

(1) 钴酸(suan)锂:脱(tuo)水。一般用120 oC常压烘烤2小时左右。

(2) 导电(dian)剂:脱水。一般用(yong)200 oC常压烘烤2小时左右。

(3) 粘合剂:脱水。一般(ban)用120-140 oC常压烘烤2小时左右(you),烘烤温度(du)视分子量(liang)的大小决(jue)定。

(4) NMP:脱水。使用(yong)干(gan)燥分子筛(shai)脱水或(huo)采用(yong)特殊取(qu)料设(she)施,直接使用(yong)。

3、 原料的掺和:

(1) 粘(zhan)合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。

(2) 钴(gu)(gu)酸(suan)锂和(he)导电剂(ji)球磨(mo)(mo):使粉料(liao)初步混合,钴(gu)(gu)酸(suan)锂和(he)导电剂(ji)粘(zhan)(zhan)合在(zai)一起,提高团(tuan)聚作用和(he)的(de)导电性。配成浆(jiang)料(liao)后不会(hui)单独分布于粘(zhan)(zhan)合剂(ji)中,球磨(mo)(mo)时(shi)(shi)间一般(ban)为2小时(shi)(shi)左(zuo)右;为避免(mian)混入(ru)杂质,通常使用玛瑙球作为球磨(mo)(mo)介子(zi)。

4、 干粉的分散(san)、浸湿:

(1) 原理:固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti)粉末放置在空气中,随着时(shi)间(jian)的(de)推移,将(jiang)会吸(xi)附部分空气在固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti)的(de)表面上,液(ye)(ye)体(ti)(ti)粘合(he)剂加(jia)入后(hou),液(ye)(ye)体(ti)(ti)与(yu)(yu)气体(ti)(ti)开始争夺固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti)表面;如(ru)果固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti)与(yu)(yu)气体(ti)(ti)吸(xi)附力(li)比与(yu)(yu)液(ye)(ye)体(ti)(ti)的(de)吸(xi)附力(li)强,液(ye)(ye)体(ti)(ti)不能(neng)浸湿固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti);如(ru)果固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti)与(yu)(yu)液(ye)(ye)体(ti)(ti)吸(xi)附力(li)比与(yu)(yu)气体(ti)(ti)的(de)吸(xi)附力(li)强,液(ye)(ye)体(ti)(ti)可以(yi)浸湿固(gu)(gu)(gu)体(ti)(ti),将(jiang)气体(ti)(ti)挤出。

当润湿角≤90度(du),固体浸湿。

当润湿(shi)角>90度,固体不浸(jin)湿(shi)。

正极材料(liao)中的所有(you)组员都(dou)能被粘(zhan)合(he)剂溶液(ye)浸湿,所以(yi)正极粉料(liao)分散(san)相(xiang)对容易。

(2) 分散(san)(san)方法对(dui)分散(san)(san)的(de)影(ying)响:

A、 静置法(时(shi)间长,效(xiao)果差,但不损伤材料的原有结构);

B、 搅(jiao)拌法;自转(zhuan)或(huo)自转(zhuan)加公(gong)转(zhuan)(时间短(duan),效果佳,但有可能(neng)损(sun)伤(shang)个别(bie)材料的(de)自身(shen)结构)。

1、搅拌桨对分散速度的(de)影响。搅拌桨大致(zhi)包括蛇(she)形(xing)(xing)(xing)、蝶(die)形(xing)(xing)(xing)、球形(xing)(xing)(xing)、桨形(xing)(xing)(xing)、齿轮形(xing)(xing)(xing)等。一般蛇(she)形(xing)(xing)(xing)、蝶(die)形(xing)(xing)(xing)、桨型搅拌桨用(yong)来对付分散难度大的(de)材(cai)料或配料的(de)初始(shi)阶段(duan);球形(xing)(xing)(xing)、齿轮形(xing)(xing)(xing)用(yong)于分散难度较(jiao)低(di)的(de)状态,效(xiao)果佳。

2、搅拌速度(du)(du)对分散(san)速度(du)(du)的(de)(de)影(ying)响。一般说来搅拌速度(du)(du)越(yue)高,分散(san)速度(du)(du)越(yue)快,但(dan)对材料自身结构和对设备(bei)的(de)(de)损伤(shang)就越(yue)大。

3、浓(nong)度(du)(du)对分散速度(du)(du)的(de)影响。通常情(qing)况下浆(jiang)料(liao)浓(nong)度(du)(du)越(yue)小,分散速度(du)(du)越(yue)快,但太稀将导致材料(liao)的(de)浪费(fei)和浆(jiang)料(liao)沉淀(dian)的(de)加重(zhong)。

4、浓(nong)度(du)(du)(du)对粘(zhan)结强度(du)(du)(du)的影响。浓(nong)度(du)(du)(du)越大(da),柔(rou)制强度(du)(du)(du)越大(da),粘(zhan)接强度(du)(du)(du)越大(da);浓(nong)度(du)(du)(du)越低,粘(zhan)接强度(du)(du)(du)越小(xiao)。

5、真空度(du)(du)(du)对分散速度(du)(du)(du)的(de)影响。高真空度(du)(du)(du)有利于材料(liao)缝(feng)隙(xi)和表(biao)面(mian)的(de)气体(ti)排出,降低液(ye)体(ti)吸附(fu)难度(du)(du)(du);材料(liao)在(zai)完全失(shi)重或重力(li)减小的(de)情(qing)况(kuang)下(xia)分散均匀的(de)难度(du)(du)(du)将大大降低。

6、温度(du)对分散速度(du)的影(ying)响。适宜的温度(du)下,浆料流动(dong)性(xing)好、易分散。太(tai)热浆料容易结皮,太(tai)冷浆料的流动(dong)性(xing)将大(da)打折扣。

5、 稀(xi)释。将浆料(liao)调(diao)整为合适的浓度,便于涂(tu)布。

(二)、负极(ji)配料原理(大致与正极(ji)配料原理相同)。

1、 原(yuan)料(liao)的(de)理化性能。

(1) 石(shi)墨(mo)(mo):非极(ji)性(xing)(xing)物质(zhi),易(yi)(yi)被非极(ji)性(xing)(xing)物质(zhi)污(wu)染,易(yi)(yi)在非极(ji)性(xing)(xing)物质(zhi)中(zhong)分(fen)散(san);不易(yi)(yi)吸水(shui),也不易(yi)(yi)在水(shui)中(zhong)分(fen)散(san)。被污(wu)染的(de)石(shi)墨(mo)(mo),在水(shui)中(zhong)分(fen)散(san)后,容(rong)易(yi)(yi)重(zhong)新团聚。一般粒径(jing)D50为20μm左(zuo)右(you)。颗粒形状(zhuang)(zhuang)多(duo)样且多(duo)不规则,主要有球形、片状(zhuang)(zhuang)、纤维状(zhuang)(zhuang)等(deng)。

(2) 水性(xing)粘合剂(SBR):小分子线性(xing)链状乳液,极易溶(rong)于(yu)水和极性(xing)溶(rong)剂。

(3) 防沉淀剂(ji)(CMC):高分(fen)子化(hua)合物,易溶于水和极性(xing)溶剂(ji)。

(4) 异丙醇:弱(ruo)极性(xing)物质(zhi),加入(ru)后(hou)可减小粘(zhan)合剂(ji)溶液的(de)极性(xing),提(ti)高石墨(mo)和粘(zhan)合剂(ji)溶液的(de)相容性(xing);具有强烈的(de)消泡作(zuo)用(yong);易催化粘(zhan)合剂(ji)网状交链,提(ti)高粘(zhan)结强度。

乙(yi)(yi)醇:弱极性物(wu)质,加(jia)入(ru)后可(ke)减(jian)小粘(zhan)(zhan)合(he)剂(ji)溶(rong)液的极性,提高石墨和粘(zhan)(zhan)合(he)剂(ji)溶(rong)液的相容性;具有(you)强烈的消泡作用;易(yi)催(cui)化(hua)粘(zhan)(zhan)合(he)剂(ji)线(xian)性交链,提高粘(zhan)(zhan)结强度(异丙醇和乙(yi)(yi)醇的作用从本(ben)质上讲(jiang)是(shi)一(yi)样的,大(da)批量生产时可(ke)考虑成本(ben)因(yin)素然后选择添加(jia)哪(na)种)。

(5)去离(li)子水(或蒸馏水):稀释剂,酌量添(tian)加,改(gai)变(bian)浆(jiang)料(liao)的流动(dong)性。

2、 原料的(de)预处理:

(1) 石墨:A、混(hun)合,使原料(liao)均匀化,提高一致性。B、300~400℃常压烘(hong)烤(kao),除去表面油性物质,提高与水性粘合剂的(de)相容能(neng)力,修(xiu)圆石墨表面棱角(有些材料(liao)为保持表面特(te)性,不允(yun)许烘(hong)烤(kao),否则(ze)效能(neng)降低)。

(2) 水性(xing)粘合(he)剂:适当稀释,提(ti)高(gao)分散能(neng)力。

3、 掺和、浸湿和分散:

(1) 石墨与粘合剂溶液极性(xing)不同,不易分(fen)散。

(2) 可先用(yong)醇(chun)水溶(rong)液将石墨初步润湿,再与粘合剂(ji)溶(rong)液混合。

(3) 应(ying)适当降低(di)搅拌浓度,提高(gao)分散性。

(4) 分散过程为(wei)减少极(ji)性(xing)物(wu)与非极(ji)性(xing)物(wu)距离,提高(gao)(gao)势能或(huo)表(biao)面能,所(suo)以为(wei)吸热反(fan)应(ying),搅拌时(shi)总体温度(du)有所(suo)下降。如条件允许应(ying)该适当升高(gao)(gao)搅拌温度(du),使(shi)吸热变得容(rong)易,同时(shi)提高(gao)(gao)流动性(xing),降低分散难度(du)。

(5) 搅拌过程如加入真(zhen)空脱气(qi)过程,排除气(qi)体,促进(jin)固-液吸(xi)附,效果更佳。

(6) 分(fen)散原理、分(fen)散方法同正极配(pei)料中(zhong)的相关(guan)内容(rong),在三、(一)、4中(zhong)有详(xiang)(xiang)细论述,在此不予详(xiang)(xiang)细解释。

4、 稀释(shi)。将浆料(liao)调整为合适的浓(nong)度,便于涂布。

四(si)、 配(pei)料注意事(shi)项:

1、 防止混入(ru)其它杂质;

2、 防止浆料(liao)飞溅;

3、 浆料的(de)浓度(固(gu)含量)应(ying)从高往低逐(zhu)渐调整(zheng),以免增加麻烦;

4、 在搅拌的间歇过程中要注意刮边(bian)和(he)刮底(di),确保(bao)分散均匀;

5、 浆料不宜(yi)长时(shi)间(jian)搁置,以免沉淀或均匀性降低; 

6、 需烘烤的(de)物料必(bi)须密封(feng)冷却之后方可以加入,以免组分材料性(xing)质变(bian)化(hua);

7、 搅拌时间的(de)长短以(yi)(yi)设(she)备性能(neng)、材料(liao)加入(ru)量(liang)为主;搅拌桨的(de)使用以(yi)(yi)浆(jiang)料(liao)分散难度进行更(geng)换(huan),无法(fa)更(geng)换(huan)的(de)可将(jiang)转(zhuan)速由慢(man)到快进行调(diao)整,以(yi)(yi)免(mian)损伤设(she)备;

8、 出料前对浆料进行(xing)过筛,除去大颗(ke)粒以(yi)防涂布(bu)时造(zao)成断带;

9、 对(dui)配料人(ren)员要加强培训,确保其(qi)掌(zhang)握(wo)专业(ye)知识,以(yi)免酿(niang)成大(da)祸;

10、 配料的关键在于(yu)分(fen)散均匀,掌握该中心,其它(ta)方(fang)式可(ke)自行(xing)调(diao)整。

五、 总论:

随着电(dian)(dian)(dian)池制程的(de)(de)(de)(de)(de)日益透(tou)明,锂离子电(dian)(dian)(dian)池生产(chan)厂(chang)家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)越来越将配(pei)料(liao)列为核心(xin)机密,因为从材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)挑(tiao)选、处(chu)理到合理搭配(pei)包含了(le)太多技(ji)术人员的(de)(de)(de)(de)(de)心(xin)血(xue),同样的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao),有的(de)(de)(de)(de)(de)厂(chang)家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)用起(qi)来特别(bie)顺(shun)利,有的(de)(de)(de)(de)(de)厂(chang)家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)就麻烦百出;有的(de)(de)(de)(de)(de)厂(chang)家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)用中(zhong)档的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)可(ke)以(yi)做出高端的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)池,而有的(de)(de)(de)(de)(de)厂(chang)家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)却(que)使用最(zui)好的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)做成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)池惨不忍睹(du);本(ben)人在(zai)此(ci)发表配(pei)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)础(chu)知识,旨在(zai)让大家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)对配(pei)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)了(le)解多一些(xie),少走一些(xie)弯路;但因本(ben)人水(shui)(shui)平有限,难免(mian)有疏漏之处(chu),希望(wang)大家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)多多批评指(zhi)正。我也期望(wang)大家(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)工作中(zhong)认(ren)真研究,真诚交流(liu),大胆创新,团(tuan)结起(qi)来,共同促进中(zhong)国锂离子电(dian)(dian)(dian)池生产(chan)水(shui)(shui)平的(de)(de)(de)(de)(de)提高。

 


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