中國儲能網(wǎng)訊：鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌來工作。隨著能源汽車等下游產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，鋰離子電池的生產(chǎn)規(guī)模正在不斷擴(kuò)大。
本專題分為上、下兩個部分，其中上篇重點關(guān)注鋰離子電池的原理、配方和工藝流程。下篇講解鋰電池的制作及其性能，本文系本專題上篇。
一、工作原理
1、正極構(gòu)造
LiCoO2 + 導(dǎo)電劑 + 粘合劑 (PVDF) + 集流體(鋁箔)
2、負(fù)極構(gòu)造
石墨 + 導(dǎo)電劑 + 增稠劑 (CMC) + 粘結(jié)劑 (SBR) + 集流體(銅箔)
3、工作原理
3.1 充電過程
一個電源給電池充電，此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。此時：
正極上發(fā)生的反應(yīng)為：
負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：
3.2 電池放電過程
放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個電阻讓電子通過。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會放電。電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路不同，放電時，電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。
3.3 充放電特性
電芯正極采用LiCoO2 、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一種層結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的晶型，但當(dāng)從LiCoO2拿走x個Li離子后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于x的大小。
通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)x >0.5時，Li1-xCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過程中應(yīng)通過限制充電電壓來控制Li1-xCoO2中的x值，一般充電電壓不大于4.2V那么x小于0.5 ，這時Li1-xCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。
負(fù)極C6其本身有自己的特點，當(dāng)?shù)谝淮位珊?，正極LiCoO2中的Li被充到負(fù)極C6中，當(dāng)放電時Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負(fù)極C6中心，以保證下次充放電Li的正常嵌入，否則電芯的壓倒很短，為了保證有一部分Li留在負(fù)極C6中，一般通過限制放電下限電壓來實現(xiàn)：安全充電上限電壓≤4.2V，放電下限電壓≥2.5V。
記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降，其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(fù)極材料本身的變化，從分子層面來看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來看，是正負(fù)極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目。
過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。
不適合的溫度將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常。
二、鋰電池的配方與工藝流程
1. 正負(fù)極配方
1.1 正極配方：LiCoO2+導(dǎo)電劑+粘合劑+集流體(鋁箔)
LiCoO2(10μm): 96.0%
導(dǎo)電劑(Carbon ECP) 2.0%
粘合劑(PVDF 761) 2.0%
NMP(增加粘結(jié)性):固體物質(zhì)的重量比約為810:1496
a)正極粘度控制6000cps(溫度25轉(zhuǎn)子3);
b) NMP重量須適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到粘度要求為宜;
c)特別注意溫度、濕度對黏度的影響
正極活性物質(zhì)：
鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。非極性物質(zhì)，不規(guī)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(guī)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。
導(dǎo)電劑：鏈狀物，含水量< 1%，粒徑一般為 1-5 μm。通常使用導(dǎo)電性優(yōu)異的超導(dǎo)碳黑，如科琴炭黑Carbon ECP和ECP600JD，其作用：提高正極材料的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性;提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。
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。用于將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。
NMP：弱極性液體，用來溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料。
集流體(正極引線)：由鋁箔或鋁帶制成。
1.2 負(fù)極配方：石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體(銅箔)
負(fù)極材料(石墨)：94.5%
導(dǎo)電劑(Carbon ECP)：1.0%(科琴超導(dǎo)碳黑)
粘結(jié)劑(SBR)：2.25%(SBR = 丁苯橡膠膠乳)
增稠劑(CMC)：2.25%(CMC = 羧甲基纖維素鈉)
水：固體物質(zhì)的重量比為1600:1417.5
a) 負(fù)極黏度控制5000-6000cps(溫度25轉(zhuǎn)子3)
b) 水重量需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜;
c) 特別注意溫度濕度對黏度的影響
2、正負(fù)混料
石墨：負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。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(tuán)聚。一般粒徑 D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。
導(dǎo)電劑：其作用為：
a) 提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
b) 提高反應(yīng)深度及利用率。
c) 防止枝晶的產(chǎn)生。
d) 利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加)。
添加劑：降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。
增稠劑/防沉淀劑(CMC)：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。
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(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)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)時可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。
水性粘合劑(SBR)：將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。
去離子水(或蒸餾水)：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動性。
負(fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。
2.1正極混料 ：
2.1.1原料的預(yù)處理
1) 鈷酸鋰：脫水。一般用120 °C常壓烘烤2小時左右。
2) 導(dǎo)電劑：脫水。一般用200 °C常壓烘烤2小時左右。
3) 粘合劑：脫水。一般用120-140 °C常壓烘烤2小時左右，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(shè)施，直接使用。
2.1.2物料球磨：
1) 4小時結(jié)束，過篩分離出球磨;
2) 將LiCoO2 和Carbon ECP倒入料桶，同時加入磨球(干料：磨球=1:1)，在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上
2.1.3 原料的摻和：
1) 粘合劑的溶解(按標(biāo)準(zhǔn)濃度)及熱處理。
2) 鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨：使粉料初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中，球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
2.1.4 干粉的分散、浸濕：
原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時間的推移，將會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(qiáng)，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(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。
當(dāng)潤濕角≤90°，固體浸濕。當(dāng)潤濕角>90°，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。
分散方法對分散的影響：
1)靜置法(時間長，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu));
2)攪拌法：自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時間短，效果佳，但有可能損傷個別材料的自身結(jié)構(gòu))。
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。
攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高，分散速度越快，但對材料自身結(jié)構(gòu)和對設(shè)備的損傷就越大。
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(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。
濃度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大，柔制強(qiáng)度越大，粘接強(qiáng)度越大;濃度越低，粘接強(qiáng)度越小。
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。
溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動性將大打折扣。
稀釋：將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。
2.1.5操作步驟
a) 將NMP倒入動力混合機(jī)(100L)至80°C，稱取PVDF加入其中，開機(jī);參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速25±2轉(zhuǎn)/分，攪拌115-125分鐘;
b) 接通冷卻系統(tǒng)，將已經(jīng)磨號的正極干料平均分四次加入，每次間隔28-32分鐘，第三次加料視材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP;動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速為20±2轉(zhuǎn)/分
c) 第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時間為480±10分鐘;動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分;
d) 真空混合：將動力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0.09Mpa，攪拌30±2分鐘;動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分
e) 取250-300毫升漿料，使用黏度計測量黏度;測試條件：轉(zhuǎn)子號5，轉(zhuǎn)速12或30rpm，溫度范圍25°C;
f) 將正極料從動力混合機(jī)中取出進(jìn)行膠體磨、過篩，同時在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。
2.1.6注意事項
a) 完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境;
b) 操作機(jī)器時，需注意安全，避免砸傷頭部。
2.2 負(fù)極混料
2.2.1原料的預(yù)處理：
1) 石墨：
A、混合，使原料均勻化，提高一致性。
B、300~400°C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(dāng)稀釋，提高分散能力。
2.2.2 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(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。
4) 分散過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(yīng)，攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時提高流動性，降低分散難度。
5) 攪拌過程如加入真空脫氣過程，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(nèi)容
2.2.3稀釋：
將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。
2.2.4物料球磨
1) 將負(fù)極和KetjenblackECP倒入料桶同時加入球磨(干料：磨球=1:1.2)在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上;
2) 4小時結(jié)束，過篩分離出球磨;
2.2.5操作步驟
1) 純凈水加熱至至80°C倒入動力混合機(jī)(2L)
2) 加CMC，攪拌60±2分鐘;動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為25±2分鐘，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分;
3) 加入SBR和去離子水，攪拌60±2分鐘;
動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2分鐘，自轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分;
4) 負(fù)極干料分四次平均順序加入，加料的同時加入純凈水，每次間隔28-32分鐘;動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為20±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為15±2轉(zhuǎn)/分;
5) 第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時間為480±10分鐘;
動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/分;
6) 真空混合：將動力混合機(jī)接上真空，保持真空度為-0.09到0.10Mpa，攪拌30±2分鐘;
動力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置：公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分
7) 取500毫升漿料，使用黏度計測量黏度;
測試條件：轉(zhuǎn)子號5，轉(zhuǎn)速30rpm，溫度范圍25°C;
8) 將負(fù)極料從動力混合機(jī)中取出進(jìn)行磨料、過篩，同時在不銹鋼盆上貼上標(biāo)識，與拉漿設(shè)備操作員交接后可流入拉漿作業(yè)工序。
2.2.6注意事項
1) 完成，清理機(jī)器設(shè)備及工作環(huán)境;
2) 操作機(jī)器時，需注意安全，避免砸傷頭部。
配料注意事項：
防止混入其它雜質(zhì);
防止?jié){料飛濺;
漿料的濃度(固含量)應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩;
在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻;
漿料不宜長時間擱置，以免沉淀或均勻性降低;
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;
攪拌時間的長短以設(shè)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，無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整，以免損傷設(shè)備;
出料前對漿料進(jìn)行過篩，除去大顆粒以防涂布時造成斷帶;
對配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專業(yè)知識，以免釀成大禍;
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(diào)整。
一、電池制作所需參數(shù)
1、極片尺寸
2、拉漿工藝
a)集流體尺寸
正極(鋁箔)，間歇涂布
負(fù)極(銅箔)，間歇涂布
b)拉漿重量要求
3、正極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱片(配片) 烘烤 軋片極耳焊接負(fù)極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱片(配片) 烘烤 軋片極耳焊接
4、軋片要求
5、配片方案
6、極片烘烤
備注：真空系統(tǒng)的真空度為-0.095-0.10Mpa; 保護(hù)氣為高純氮氣，氣體氣壓大于0.5Mpa
7、極耳制作
a) 正極：
正極極耳在正極片處采用超聲波焊接。鋁條末端與極片邊緣平齊。
b) 負(fù)極：
鎳條尺寸：0.10×3.0×48mm，鎳條直接用點焊機(jī)點焊，要求點焊點數(shù)為8個點鎳條右側(cè)與負(fù)極片右側(cè)對齊，鎳條末端與極片邊緣平齊。
8 隔膜尺寸：0.025×44.0×790±5mm
9 卷針寬度：22.65±0.05mm
10 壓芯：電池卷繞后，先在電芯底部貼上24mm寬的透明膠紙，再用壓平機(jī)冷壓兩次。
11 電芯入殼前要求
膠紙1：10.0×38.0±1.0mm，膠紙在電芯兩側(cè)分布均勻;
膠紙2：10.0×38.0±1.0mm，鎳條在膠紙中央;
膠紙3：24.0×30.0±2.0mm，膠紙在電芯兩側(cè)分布均勻;
鎳條右側(cè)距電芯右側(cè)為7.0±1.0mm。
12 裝殼
裝殼時應(yīng)用雙手同時用力，緩緩將電芯裝入電池殼中，禁止劃傷電芯。
13 負(fù)極極耳焊接
負(fù)極鎳條與鋼殼用點焊機(jī)進(jìn)行焊接，要保證焊接強(qiáng)度，禁止虛焊。
14 激光焊接
激光焊接時應(yīng)仔細(xì)上夾具，電池殼與上蓋配合良好后才能進(jìn)行焊接，注意避免出現(xiàn)焊偏。
15 電池真空烘烤
備注：
(1)真空系統(tǒng)的真空度為-0.095~-0.10MPa;
(2)保護(hù)氣為高純氮氣，氣體壓力>0.5MPa;
(3)每小時抽一次真空注一次氮氣
16 注液量：2.9±0.1g
注液房相對濕度：≤30%，溫度：20±5℃封口膠布：6mm寬紅色膠布，粘膠紙時注意擦凈注液口處的電解液用2道橡皮筋將棉花固定在注液口處。
17 化成制度
(1) 開口化成工藝
a) 恒流充電：40mA×4h;80mA×6h
電壓限制：4.00V
b) 全檢電壓，電壓≥3.90V的電池進(jìn)行封口，電壓<3.90V的電池用60mA恒流至3.90~4.00V后封口，再打鋼珠
c) 電池清洗，清洗劑為醋酸+酒精
(2) 續(xù)化成制度
按程序進(jìn)行續(xù)化成：
a) 恒流充電(400mA，4.20V，10min)
b) 休眠(2min)
c) 恒流充電(400mA，4.20V，100 min)
d) 恒壓充電(4.20V，20 mA，150 min)
e) 休眠(30min)
f) 恒流放電(750mA，2.75V，80 min)
g) 休眠(30min)
h) 恒流充電(750mA，3.80V，90 min)
j) 恒壓充電(3.80V，20 mA，150 min)
(3) 檢測分容
按如下檔次對電池進(jìn)行分容：
電池下柜后全檢電壓，電壓<3.77V的電池采用程序補(bǔ)電：
(1)恒流充電(750mA，3.80V，10 min)
(2)休眠(2min)
(3)恒流充電(750mA，3.80V，30 min)
(4)恒壓充電(3.80V，20 mA，60min)
18 電池復(fù)檢
電池下柜分容后在室溫下放置20天進(jìn)行復(fù)檢，步驟如下：
a) 用整形機(jī)對電池整形;
b) 全檢電池厚度、電壓、內(nèi)阻，分類方法如下：
二、電池制作工藝流程
1、(正、負(fù)極)干混→濕混→滾涂膏體在導(dǎo)電基體上→3步干燥→卷繞→切邊(切成一定寬度)→輥壓→卷繞(備用)干混采用球磨, 磨球是玻璃球或氧化鋯陶瓷球;
濕混采用。行星式拌粉機(jī), 其葉片分別裝在2-3個軸上, 混合效果更好。濕混中溶劑數(shù)量要恰當(dāng), 形成合適的流變態(tài), 以獲得平滑的涂層。滾涂電極膏體要保證一定的粘度, 膏體涂于鋁箔或銅箔的兩面, 而涂層的厚度取決于電池的型號。然后再相繼通過3個加熱區(qū)進(jìn)行干燥, NMP(或水)從涂層中隨熱空氣或干燥氮氣流動而揮發(fā), 溶劑可以回收再利用。輥壓是為了提高涂層的密度, 并使電極厚度能符合電池裝配的尺寸, 輥壓階段的壓力要適中, 以免卷繞時粉料散落。
2、電池的組裝
圓柱電池的裝配工藝流程：絕緣底圈入筒→卷繞電芯入筒→插入芯軸→焊負(fù)極集流片于鋼筒→插入絕緣圈→鋼筒滾線→真空干燥→注液→組合帽(PTC元件等)焊到正極引極上→封口→X射線檢查→編號→化成→循環(huán)→陳化。
方形電池裝配工藝流程：絕緣底入鋼盒→片狀組合電芯入筒→負(fù)極集流片焊于鋼盒→上密封墊圈→正極集流片焊于桿引極→組合蓋(PTC元件等)焊到旋引極上→組合蓋定位→激光焊接→真空干燥→注液→密封→X射線檢查→編號→化成→循環(huán)→陳化。
裝配工藝說明：以圓柱形電池為例(方形電池基本過程相同)。卷繞芯入筒以前, 將鋁條(0.08—0.15㎜厚、3㎜寬)和鎳條(0.04—0.10㎜厚, 3㎜寬)分別用超聲波焊接在正、負(fù)極導(dǎo)電基體的指定處作為集流引極。
電池隔膜一般采用PE/PP2層或PP/PE/PP 3層組成, 隔膜都是經(jīng)過120℃熱處理過的, 以增加其阻止性和提高其安全性。
正極、隔膜、負(fù)極3者疊合后卷繞入筒, 由于采用涂膏電極, 故必須讓膏體材料與基體結(jié)合得好, 以形成高密度電極, 特別要防止掉粉, 以免其穿透隔膜而引起電池內(nèi)部短路。
在卷繞電芯插入鋼筒以前, 放一個絕緣底入鋼筒底部是為了防止電池內(nèi)部短路這對于一般電池都是相同的。
電解質(zhì)一般采用LiPF6和非水有機(jī)溶劑, 在真空注液以前,電池要真空干燥24/h, 以除去電池組分中的水分和潮氣, 以免LiPF6與水反應(yīng)形成HF而縮短壽命。
電池密封采用涂密封膠、插入墊圈、卷邊加斷面收縮過程,基本原理與堿性可充電池相同。封口以后, 電池要用異丙醇和水的混合液除去油污物和濺出的電解液, 然后再干燥。使用一種氣味傳感器或“ 嗅探器”元件檢查電池漏液情況。
整個電池裝配完成以后, 電池要用X射線鑒定電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否正常, 對于電芯不正、鋼殼裂縫、焊點情況、有無短路等進(jìn)行檢查, 排除有上述缺陷的電池, 確保電池質(zhì)量。
最后一道工序是化成, 電池第1次充電, 陽極上形成保護(hù)膜, 稱為固體電解質(zhì)中間相層(SEI), 它能防止陽極與電解質(zhì)反應(yīng), 并是電池安全操作、高容量、長壽命的關(guān)鍵要素。電池經(jīng)過幾次充放電循環(huán)以后陳化2—3周, 剔去微短路電池, 再進(jìn)行容量分選包裝后即成為商品了。
三、電池的性能
1、電性能：
(1) 額定容量：0.5C放電，單體電池放電時間不低于2h，電池組放電時間不低于1h54min(95%);
(2)1C放電容量：1C放電，單體電池放電時間不低于57min(95%)，電池組放電時間不低于54min(90%);
(3)低溫放電容量：-20?C下0.5C放電，單體或電池組放電時間均不低于1h12min(60%);
(4)高溫放電容量：55?C下0.5C放電，單體電池放電時間不低于1h54min(95%)，電池組放電時間不低于1h48min(90%);
(5) 荷電保持及恢復(fù)能力：滿電常溫下擱置28天，荷電保持放電時間不低于1h36min(80%)，荷電恢復(fù)放電時間不低于1h48min(90%);
(6)儲存性能：進(jìn)行貯存試驗的單體電池或電池組應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足3個月的，貯存前充50%～60%的容量，在環(huán)境溫度40℃±5?C，相對濕度45%～75%的環(huán)境貯存90天。貯存期滿后取出電池組，用0.2C充滿電擱置1h后，以0.5C恒流放電至終止電壓,上述試驗可重復(fù)測試3次，放電時間不低于1h12min(60%);
(7)循環(huán)壽命：電池或電池組采用0.2C充電，0.5C放電做循環(huán)，當(dāng)連續(xù)兩次放電容量低于72min(60%)時停止測試，單體電池循環(huán)壽命不低于600次，電池組循環(huán)壽命不低于500次;
(8)高溫擱置壽命：應(yīng)選自生產(chǎn)日期不足三個月的單體電池的進(jìn)行高溫擱置壽命試驗，進(jìn)行擱置前應(yīng)充入50%±5%的容量，然后在環(huán)境溫度為55℃±2?C的條下擱置7天。7天后將電池取出，在環(huán)境溫度為20℃±5?C下擱置2～5h。先以0.5C將電池放電至終止電壓，0.5h后按0.2C進(jìn)行充電，靜置0.5h 后，再以0.5C恒流放電至終止電壓，以此容量作為恢復(fù)容量。以上步驟為1周循環(huán)，直至某周放電時間低于72min(60%),試驗結(jié)束。擱置壽命不低于56天(8周循環(huán))。
2、安全性能
(1)持續(xù)充電：將單體電池以0.2ItA恒流充電，當(dāng)單體電池端電壓達(dá)到充電限制電壓時，改為恒壓充電并保持28d，試驗結(jié)束后，應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸(相當(dāng)于滿電浮充)。
(2)過充電：將單體電池用恒流穩(wěn)壓源以3C恒流充電，電壓達(dá)到10V后轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池爆炸或起火或充電時間為90min或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時停止充電，電池應(yīng)不起火、不爆炸(3C10V);將電池組用穩(wěn)壓源以0.5ItA恒流充電，電壓達(dá)到n×5V(n為串聯(lián)單體電池數(shù))后轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到電池組爆炸或起火或充電時間為90min或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時停止充電，電池應(yīng)不起火、不爆炸。
(3)強(qiáng)制放電(反向充電)：將單體電池先以0.2ItA恒流放電至終止電壓，然后以1ItA電流對電池進(jìn)行反向充電，要求充電時間不低于90min，電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組其中一只單體電池放電至終止電壓，其余均為充滿電態(tài)的電池，再以1ItA恒流放電至電池組的電壓為0V時停止放電，電池應(yīng)不起火、不爆炸。
(4)短路測試：將單體電池經(jīng)外部短路90min，或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)時停止短路，外部線路電阻應(yīng)小于50mΩ，電池應(yīng)不起火、不爆炸;將電池組的正負(fù)極用小于電阻0.1Ω的銅導(dǎo)線連接直至電池組電壓小于0.2V或電池組表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2?C)，電池應(yīng)不起火、不爆炸
3、機(jī)械性能
(1)擠壓：將單體電池放置在兩個擠壓平面中間，逐漸增加壓力至13kN，圓柱形電池擠壓方向垂直于圓柱軸的縱軸，方形電池擠壓電池的寬面和窄面。每只電池只能接受一次擠壓。試驗結(jié)果應(yīng)符合4.1.2.1的規(guī)定。在電池組上放一直徑為15cm的鋼棒對電池組的寬面和窄面擠壓電池組，擠壓至電池組原尺寸的85%，保持5min，每個電池組只接受一次擠壓。
(2)針刺：將單體電池放在一鋼制的夾具中，用φ3mm～φ8mm的鋼釘從垂直于電池極板的方向貫穿(鋼針停留在電池中)，持續(xù)90min，或電池表面溫度穩(wěn)定(45min內(nèi)溫差≤2℃)時停止試驗。
(3)重物沖擊：將單體電池放置于一鋼性平面上，用直徑15.8mm的鋼棒平放在電池中心，鋼棒的縱軸平行于平面，讓重量9.1kg的重物從610mm高度自由落到電池中心的鋼棒上;單體電池是圓柱形時，撞擊方向垂直于圓柱面的縱軸;單體電池是方形時，要撞擊電池的寬面和窄面，每只電池只能接受一次撞擊。
(4) 機(jī)械沖擊;將電池或電池組采用剛性固定的方法(該方法能支撐電池或電池組的所有固定表面)將電池或電池組固定在試驗設(shè)備上。在三個互相垂直的方向上各承受一次等值的沖擊。至少要保證一個方向與電池或電池組的寬面垂直，每次沖擊按下述方法進(jìn)行：在最初的3ms內(nèi)，最小平均加速度為735m/s2，峰值加速度應(yīng)該在1225 m/s2和1715 m/s2之間。
(5) 振動：將電池或電池組直接安裝或通過夾具安裝在振動臺面上進(jìn)行振動試驗。試驗條件為頻率10Hz～55Hz，加速度29.4 m/s2，XYZ每個方向掃頻循環(huán)次數(shù)為10次，掃頻速率為1oct/min。
(6)自由跌落：將單體電池或電池組由高度(最低點高度)為600mm的位置自由跌落到水泥地面上的20mm厚的硬木板上，從XYZ三個方向各一次。自由跌落結(jié)束后。
4、環(huán)境適應(yīng)性
(1) 高溫烘烤：將單體電池放入高溫防爆箱中，以(5±2?C)/min升溫速率升溫至130℃，在該溫度下保溫10min。
(2) 高溫儲存：將單體電池或電池組放置在75±2?C的烘箱中擱置48h，電池應(yīng)，應(yīng)不泄漏、不泄氣、不破裂、不起火、不爆炸。
(3)低氣壓：(UL標(biāo)準(zhǔn))。
