电池制造技术基础教材之锂离子电池基本原理和工艺流课件.ppt

1、电池制造技术基础教材锂离子电池基本工艺流程介绍5/31/20225/31/20225/31/2022锂离子电池锂离子电池锂离子电芯：锂离子电芯：Cell保护电路：保护电路：PCB 阴极：Cathode阳极：Anode隔离膜：Separator电解液：Electrolyte包装：Packing foil5/31/2022Cathode阴极阴极钴酸锂、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5/31/2022Anode阳

2、极阳极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负极集流体负极集流体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 5/31/2022Separator隔离膜隔离膜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Packing foil包装铝箔包装铝箔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5/31/202

3、2膜片：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：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5/31/2022CC: 恒流充电 （Constant Current: 恒定电流的充电过程）CV: 恒压充电 (Constant Voltage: 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 -

4、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。5/31/2022图片仅为模型，不代表具体商品图片仅为模型，不代表具体商品5/31/2022图片仅为模型，不代表具体商品图片仅为模型，不代表具体商品5/31/2022图片仅为模型，不代表具体产品图片仅为模型，不代表具体产品5/31/2022图片仅为模型，不代表具体商品

5、图片仅为模型，不代表具体商品5/31/2022图片仅为模型，不代表具体商品图片仅为模型，不代表具体商品5/31/20225/31/2022Li离子电芯核心制造工艺分为：离子电芯核心制造工艺分为：迭片工艺和卷绕工艺迭片工艺和卷绕工艺两种工艺的主要区别和工艺名称来源：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5/31/2022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-

6、cell），然后将Bi-cell叠放并联并联起来组成一个大电芯的一种Li离子电芯制造工艺。单层Bi-cell 叠片过程演示单面阳极隔离膜单面阴极Bi-Cell5/31/2022双层Bi-cell 叠片过程演示双面阳极5/31/2022Bi-cellInsert battery cellFormed pocketPacking foilStackingW elding5/31/2022P1 工序流程图（工序流程图（Main process）搅拌（Mixing）涂布（Coating）分切（Slitting）连续辊压（Lam I）模切（Module Cutting）叠片（Stacking）平压（ L

7、am II）萃取（ Extraction）焊接（ Welding）顶封（ Top Sealing）注液（ Inject）化成（ Formation）成型（ Forming）测试5/31/20225/31/2022Mixing示意图Mixing （搅拌）（搅拌）n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 5/31/20225/31/2022Coating （涂布）工序功能工序功能：将浆料

8、将浆料连续连续、均匀地涂覆在传送、均匀地涂覆在传送Mylar的表面，烘干，分别的表面，烘干，分别制成阴阳极的制成阴阳极的膜片膜片。原理原理：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。5/31/2022Coating示意图5/31/20225/31/2022Lam （连续辊压）（连续辊压）工序功能：将膜片与集流体通过高温、压力，匀速的压制工序功能：将膜片与集流体通过高温、压力，匀速的压制成成极片卷，极片卷，同时将之压实，达

9、到合适的密度和厚度。同时将之压实，达到合适的密度和厚度。原理原理：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5/31/20225/31/2022Stacking（叠片）（叠片）工序功能：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。双层Bi-cell 叠片过程演示5/31/20225/31/20225/31/2022Lam （平压）（平压）工序功能：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。 原理原理：与Lam 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

10、下阴极极片、隔离膜、阳极极片粘结在一起5/31/20225/31/2022Extraction（萃取）（萃取）工序功能：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。原理原理：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5/31/2022No extraction（treated）Extracted（treated）SE

11、M images of Separator （ No extraction VS Extraction）5/31/20225/31/2022Welding（焊接）（焊接）工序功能：工序功能：将多个Bi-cell和Al、Ni Tab一起焊接成为裸电芯原理原理：超声波焊接利用超声频率（超过 16KH Z）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。5/31/2022切去多余的极耳焊接焊接后的裸电芯5/31/2022Top sealing（顶封）（顶封）工序功能：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原理

12、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5/31/20225/31/2022Inject（注液）工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：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：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。 5/31/20225/31

13、/2022化成工序功能：工序功能：通过充放电方式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：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(SOLID ELECTROLYTE INTERFACE）5/31/20225/31/2022Forming（成型）

14、工序功能：将电芯外型作最后加工工序功能：将电芯外型作最后加工DegassingBaking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5/31/20225/31/20225/31/2022卷绕工艺工序流程图卷绕工艺工序流程图（Main process）搅拌（Mixing）涂布（Coating）冷压（Cold Lam）裁片分条（ Slitting ）焊接（ Welding）卷绕（Winding）顶封（ Top sealing）注液（ Inject）化成（ Formation）成型（ Forming）测试5/31/20225/31/2022Mixing示意图M

15、ixing （搅拌）（搅拌）-与迭片工艺基本相同与迭片工艺基本相同n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 5/31/2022Coating （涂布）（涂布）-与迭片原理相同，方法不同工序功能工序功能：将浆料将浆料间歇间歇、均匀地涂覆在传送、均匀地涂覆在传送集流体集流体的表面，的表面，烘干，分别制成阴阳极的烘干，分别制成阴阳极的极片卷极片卷。原理原理：涂辊转动带动浆料，通过调整刮

16、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。5/31/20225/31/2022Cold Lam （冷压）（冷压）工序功能工序功能：将将Coating后的极片压实，达到合适的密度和厚度后的极片压实，达到合适的密度和厚度原理原理：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5/31/20225/31/2022Cutting（裁片、分条）（裁片、分条）工序功能工序功能：将冷压后的极片卷，先裁成大片，然后分成所需将冷压后的极片卷，先裁成大片

17、，然后分成所需要的小条阴阳极极片要的小条阴阳极极片5/31/20225/31/2022Winding（卷绕）（卷绕）工序功能工序功能：小条阴阳极极片、隔离膜卷绕组合成裸电芯小条阴阳极极片、隔离膜卷绕组合成裸电芯5/31/20225/31/2022Top sealing（顶封）（顶封）-与迭片工艺相同与迭片工艺相同工序功能：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原理原理：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5/31/20225/31/2022Inject（注液）-与迭片工艺基本相同工序功能：

18、将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：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：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。 5/31/20225/31/2022Formation(化成）化成）-与迭片工艺原理相同与迭片工艺原理相同工序功能：工序功能：通过充电充电的方式的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。化成流程对比：化

19、成流程对比： M6S Formation（Normal） 0.05C CC to 3.4V 0.1C CC to 3.95V; P1 Formation:（Normal） 0.1C CC to 3.4V 0.5C CC to 4.2V CV to 0.05C DC to 3.0V 0.5C CC to 4.2V CV to 0.05C 5/31/2022 P1与与M6S化成的化成曲线对比化成的化成曲线对比FormationCurveComparison050010001500200025003000350040004500050001000015000200002500030000350004000045000Time(s)Voltage(mV)voltage_P1voltage_M65/31/2022Forming（成型）工序功能：将电芯外型作最后加工工序功能：将电芯外型作最后加工DegassingBaking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5/31/20225/31/2022