论文《锂离子电池的制备》(3)

2018-12-21 12:55

参数设置:公转为30±2 转/分,自转为25±2 转/分;

④ 真空混合:将动力混合机接上真空,保持真空度为-0.09Mpa,搅拌30±2 分钟; 动力混合机参数设置:公转为10±2 分钟,自转为8±2 转/分

⑤ 取250-300毫升浆料,使用黏度计测量黏度; 测试条件:转子号5,转速12或30rpm,温度范围25℃;

⑥ 将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。

(6)注意事项

① 完成,清理机器设备及工作环境; ② 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。 4.负极混料

(1)原料的预处理:

① 石墨:A、混合,使原料均匀化,提高一致性。B、300~400℃ 常压烘烤,除去表面油性物质,提高与水性粘合剂的相容能力,修圆石墨表面棱角(有些材料为保持表面特性,不允许烘烤,否则效能降低)。

② 水性粘合剂:适当稀释,提高分散能力。 (2) 掺和、浸湿和分散:

① 石墨与粘合剂溶液极性不同,不易分散。

② 可先用醇水溶液将石墨初步润湿,再与粘合剂溶液混合。 ③ 应适当降低搅拌浓度,提高分散性。

④ 分散过程为减少极性物与非极性物距离,提高势能或表面能,所以为吸热反应,搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度,使吸热变得容易,同时提高流动性,降低分散难度。

⑤ 搅拌过程如加入真空脱气过程,排除气体,促进固-液吸附,效果更佳。 ⑥ 分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容 (3)稀释:将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。

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(4)物料球磨

① 将负极和Ketjenblack ECP 倒入料桶同时加入球磨(干料:磨球=1:1.2)在滚瓶及上进行球磨,转速控制在60rmp 以上;

② 4小时结束,过筛分离出球磨; (5)操作步骤

① 纯净水加热至至80℃倒入动力混合机(2L)

② 加CMC,搅拌60±2分钟;动力混合机参数设置:公转为25±2 分钟,自转为15±2 转/分;

③ 加入SBR和去离子水,搅拌60±2分钟;动力混合机参数设置:公转为30±2 分钟,自转为20±2转/分;

④ 负极干料分四次平均顺序加入,加料的同时加入纯净水,每次间隔 28-32 分钟;动力混合机参数设置:公转为20±2转/分,自转为15±2转/分;

⑤ 第四次加料30±2分钟后进行高速搅拌,时间为480±10 分钟;动力混合机参数设置:公转为30±2 转/分,自转为25±2 转/分;

⑥ 真空混合:将动力混合机接上真空,保持真空度为-0.09 到0.10Mpa,搅拌30±2分钟;

⑦ 取500毫升浆料,使用黏度计测量黏度;测试条件:转子号5,转速30rpm,温度范围25℃;

⑧ 将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。

(6)注意事项

① 完成,清理机器设备及工作环境;

② 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。 ③ 配料注意事项: a. 防止混入其它杂质; b. 防止浆料飞溅;

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c. 浆料的浓度(固含量)应从高往低逐渐调整,以免增加麻烦; d. 在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底,确保分散均匀; e. 浆料不宜长时间搁置,以免沉淀或均匀性降低;

f. 需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入,以免组分材料性质变化; g. 搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主;

h. 搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换,无法更换的可将转速由慢到快进行调整,以免损伤设备;

i. 出料前对浆料进行过筛,除去大颗粒以防涂布时造成断带; j. 对配料人员要加强培训,确保其掌握专业知识,以免酿成大祸; k. 配料的关键在于分散均匀,掌握该中心,其它方式可自行调整。

(二)工艺流程

1. 电池的制作 (1)轧片要求

电极 正极 负极

(2)配片方案

序号 1 2 3 4 5 6

备注:真空系统的真空度为-0.095-0.10Mpa

保护气为高纯氮气,气体气压大于0.5Mpa

(3)极耳制作

正极:极耳 上盖组合 超声波焊接 铝条边缘与极片边缘平齐

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压片后厚度(mm) 压片后长度(mm) 0.125-0.145 362-365 0.125-0.145 400-403 正极重量(克) 负极重量(克) 备注 5.49-6.01 2.83-2.86 6.02-6.09 2.87-2.90 正极可以和重6.10-6.17 2.91-2.94 1-2个档次的6.18-6.25 2.95-2.98 负极进行配片 6.26-6.33 2.99-3.01 6.34-6.41 3.02-3.05

负极:镍条直接用点焊机点焊,要求点焊数为8个点 镍条右侧与负极片右侧对齐,镍条末端与极片边缘平齐 (4)负极极耳焊接

负极镍条与钢壳用点焊机焊接,要保证焊接强度,禁止虚焊 (5)激光焊接

仔细上号夹具,电池壳与上盖配合良好后才能进行焊接,注意避免出现焊偏 (6)电池真空烘烤

温度 80±5℃ 备注: 时间 16-22小时 真空度 ≦-0.05Mpa ① 真空系统的真空度为-0.095~0.10Mpa ② 保护气为高纯氮气,气体气压大于0.5Mpa ③ 每小时抽一次真空注一次氮气; (7)注液量:

技术参数 工作电压(V) 重量比能量(Wh/Kg) 体积比能量(Wh/l) 充放电寿命(次) 自放电率(%/月) 有无记忆效应 有无污染 镍镉电池 1.2 50 150 500 25-30 有 有 镍氢电池 1.2 60 200 500 30-35 有 无 锂离子电池 3.6 105-140 300 1000 6-9 无 无 (注:充电速率均为1C)

2.锂离子电池安全特性是如何实现的?

为了确保锂离子电池安全可靠的使用,专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计,以达到电池安全考核指标。

(1)隔膜135℃自动关断保护

采用国际先进的 Celgard 2300 PE-PP-PE 三层复合膜。在电池升温达到120℃

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的情况下,复合膜两侧的 PE 膜孔闭合,电池内阻增大,电池内部升温减缓,电池升温达到135℃时,PP膜孔闭合,电池内部断路,电池不再升温,确保电池安全可靠。

(2)向电液中加入添加剂

在电池过充,电池电压高于4.2v的条件下,电液添加剂与电液中其他物质聚合,电池内阻大副增加,电池内部形成大面积断路,电池不再升温。

(3)电池盖复合结构

电池盖采用刻痕防爆结构,电池升温时,电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀,电池内压加大,压力达到一定程度刻痕破裂、放气。

(4)各种环境滥用试验

进行各项滥用试验,如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等,考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验,考察电池在实际使用环境下的性能情况。目前市场上的18650 锂电池良莠不齐,从市场价格7.8 元到30多元不等就可见一斑。导致充电电压不尽相同(有的18650 锂电池发现实际充电电压达到4.4V了)的原因有:

① 材质不同(常见的正极材料有 LiCoO2 和磷酸铁锂等,所能容纳锂离子嵌入的能力大小的负极材料,所以标称电压会出现3.6V、3.7V如果是同种材质的不管电池尺寸形状如何改变,开路电压是一样的)

② 内置保护板设计不同,如比较好的就有:

a. 电池过充功能:P+与 P-之间加上充电器,对电池充电,电池电压充到过充检测电压(4.3±0.04V)时,保护电路动作,切断充电通路,实现过充保护。

b. 电池过放保护功能:在P+与P-之间接上负载让电池放电,当电池电压下降到过放电压(2.5±0.1)时,保护电路动作,关断放电通路,实现过放保护。

c. 短路保护功能:当 P+与 P-短路时,保护电路会在 5-50uS 内迅速动作,切断通路,实现短路保护。

d. 过流保护功能:当 V-端电压达(0.15±0.02V)时,保护电路会在 5-26m/s 内

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