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锂 离 子 电 池 原 理 及 工 艺 流 程 一 原 理 1.0 正 极 构 造 LiCoO2( 钴 酸 锂 )+ 导 电 剂 + 粘 合 剂 (PVDF)+ 集 流 体 ( 铝 箔 ) 正 极 2.0 负 极 构 造 石 墨 + 导 电 剂 + 增 稠 剂 (CMC)+ 粘 结 剂 (SBR)+ 集 流 体 ( 铜 箔 ) 负 极 3.0 工 作 原 理 3.1 充 电 过 程 : 一 个 电 源 给 电 池 充 电, 此 时 正 极 上 的 电 子 e 从 通 过 外 部 电 路 跑 到 负 极 上, 正 锂 离 子 Li+ 从 正 极 跳 进 电 解 液 里, 爬 过 隔 膜 上 弯 弯 曲 曲 的 小 洞, 游 泳 到 达 负 极, 与 早 就 跑 过 来 的 电 子 结 合 在 一 起 正 极 上 发 生 的 反 应 为 LiCoO2= 充 电 =Li1-xCoO2+Xli++Xe( 电 子 ) 负 极 上 发 生 的 反 应 为 6C+XLi++Xe=====LixC6 3.2 电 池 放 电 过 程 放 电 有 恒 流 放 电 和 恒 阻 放 电, 恒 流 放 电 其 实 是 在 外 电 路 加 一 个 可 以 随 电 压 变 化 而 变 化 的 可 变 电 阻, 恒 阻 放 电 的 实 质 都 是 在 电 池 正 负 极 加 一 个 电 阻 让 电 子 通 过 由 此 可 知, 只 要 负 极 上 的 电 子 不 能 从 负 极 跑 到 正 极, 电 池 就 不 会 放 电 电 子 和 Li+ 都 是 同 时 行 动 的, 方 向 相 同 但 路 不 同, 放 电 时, 电 子 从 负 极 经 过 电 子 导 体 跑 到 正 极, 锂 离 子 Li+ 从 负 极 跳 进 电 解 液 里, 爬 过 隔 膜 上 弯 弯 曲 曲 的 小 洞, 游 泳 到 达 正 极, 与 早 就 跑 过 来 的 电 子 结 合 在 一 起

二 工 艺 流 程 1. 正 负 极 配 方 1.1 正 极 配 方 (LiCoO2( 钴 酸 锂 )+ 导 电 剂 ( 乙 炔 黑 )+ 粘 合 剂 (PVDF)+ 集 流 体 ( 铝 箔 ) 正 极 ) LiCoO2(10μm):93.5% 其 它 :6.5% 如 Super-P:4.0% PVDF761:2.5% NMP( 增 加 粘 结 性 ): 固 体 物 质 的 重 量 比 约 为 810:1496 a) 正 极 黏 度 控 制 6000cps( 温 度 25 转 子 3); b)nmp 重 量 须 适 当 调 节, 达 到 黏 度 要 求 为 宜 ; c) 特 别 注 意 温 度 湿 度 对 黏 度 的 影 响 钴 酸 锂 正 活 性 物 质, 锂 离 子 源, 为 电 池 提 高 锂 源 碱 性 值 为 为 : 左 非 左 右 极 右 性 物 质, 不 规 则 形 状, 粒 径 一 般 为 钴 酸 锂 6-8 10-11 锰 酸 锂 D50 5-7,PH 8 µm, µm, 含 水 量 0.2%, 0.2%, 通 常 为 碱 弱 碳 黑 超 导 碳 黑 石 墨 葡 乳 萄 等 链, 状 在 物 大, 批 含 水 应 量 用 时 电 剂 : 提 高 正 极 片 的 导 电 性, 补 偿 正 极 活 性 物 质 的 电 子 导 电 性 提 高 正 极 片 的 电 解 液 的 吸 液, 增 加 反 应 界 面, 减 少 极 化 3-6%, 一 般 选 吸 择 油 超 值 导 ~300, 碳 黑 和 粒 石 径 墨 一 乳 般 复 为 配 ; 通 2-5 µm; 常 为 中 主 性 要 有 普 通 性 变 差 非 极 性 物 质, 链 状 物, 分 子 量 从 到 不 等 ; 吸 水 后 分 子 量 下 降, 粘 PVDF 粘 合 剂 : 将 钴 酸 锂 导 电 剂 和 铝 箔 或 铝 网 粘 合 在 一 起 300,000 3,000,000 NMP: 弱 极 性 液 体, 用 来 溶 解 / 溶 胀 PVDF, 同 时 用 来 稀 释 浆 料 性 值,PH 正 极 引 线 : 由 铝 箔 或 铝 带 制 成 径 一 D50 1.2 负 极 配 方 ( 石 墨 + 导 电 剂 ( 乙 炔 黑 )+ 增 稠 剂 (CMC)+ 粘 结 剂 (SBR)+ 集 流 体 ( 铜 箔 ) 负 极 ) 负 极 材 料 :94.5% Super-P:1.0% SBR:2.25%

(CMC): (CMC): CMC:2.25% 水 : 固 体 物 质 的 重 量 比 为 1600:1417.5 a) 负 极 黏 度 控 制 5000-6000cps( 温 度 25 转 子 3) b) 水 重 量 需 要 适 当 调 节, 达 到 黏 度 要 求 为 宜 ; c) 特 别 注 意 温 度 湿 度 对 黏 度 的 影 响 2. 正 负 极 混 料 石 颗 在 粒 水 墨 形 中 : 状 分 负 多 散 非 极 样 极 被 活 且 性 污 多 物 染 不 质 的 规, 石 则 易, 墨 被, 构 主 非 在 极 性 物 质 污 染 在 非 极 性 物 质 中 分 散 ; 不 易 吸 水, 也 不 易 成 要 水 负 有 中 极 球 分 反 形 散 应 片 后, 的 状 主 容 易 重 新 团 聚 一 般 粒 径 要 纤 左 右 物 维 质 状 ; 等 主 要 分 为 天 然 石 墨 和 人 造 石 墨 两 大 类 D50 20µm 导 电 剂 : 提 高 负 极 片 的 导 电 性, 补 偿 负 极 活 性 物 质 的 电 子 导 电 性 提 高 反 应 深 度 及 利 用 率 防 止 枝 晶 的 产 生 利 用 导 电 材 料 的 吸 液 能 力, 提 高 反 应 界 面, 减 少 化 的 增 稠 沉 淀 剂 高 分 子 化 物 易 于 水 和 极 性 溶 剂 ( 可 根 据 石 墨 粒 度 分 布 选 择 加 或 不 加 ) 相 相 容 容 性 ; 性 ; 添 具 具 加 有 有 剂 强 强 : 烈 异 乙 烈 降 的 丙 醇 的 低 消 : 醇 消 不 泡 : 弱 泡 作 弱 极 作 极 性 物 质, 加 入 后 可 减 小 粘 合 剂 溶 液 的 极 性, 提 高 石 墨 和 粘 合 剂 溶 液 可 用 性 逆 ; 用 物 ; 反 易 质 易 催 化 粘 合 剂 网 状 交 链, 提 高 粘 结 强 度 应 催, 化 加 提 粘 入 后 可 减 小 粘 合 剂 溶 液 的 极 性, 提 高 石 墨 和 粘 合 剂 溶 液 的 高 合 剂 粘 线 附 性 力 交, 链 提, 高 提 浆 高 粘 料 结 黏 强 度 防 止 浆 料 沉 淀 小 增 分 线 性 链 状 乳 液, 极 易 溶 于 水 和 极 性 溶 剂 水 性 粘 合 剂 (SBR): 去 稠 离 剂 子 水 防 ( 沉 将 或 淀 石 蒸 剂 墨 馏 水 导 ): 电 稀 剂 释 高 剂 分 添, 子 化 合 物, 易 溶 于 水 和 极 性 溶 剂 加 酌 剂 量 添 和 加 铜, 箔 改 或 变 铜 浆 网 料 粘 的 流 合 动 在 性 一 起 / 负 极 引 线 : 由 铜 箔 或 镍 带 制 成 2.1 正 极 混 料 原 料 的 掺 和 : (1) 粘 合 剂 的 溶 解 ( 按 标 准 浓 度 ) 及 热 处 理 (2) 钴 酸 锂 和 导 电 剂 球 磨 : 使 粉 料 初 步 混 合, 钴 酸 锂 和 导 电 剂 粘 合 在 一 起, 提 高 团 聚 作 用 和 的 导 电 性 配 成 浆 料 后 不 会 单 独 分 布 于 粘 合 剂 中, 球 磨 时 间 剂 防 / 选 择 添 加 哪 种 ) ( 异 丙 醇 和 乙 醇 的 作 用 从 本 质 上 讲 是 一 样 的, 大 批 量 生 产 时 可 考 虑 成 本 因 素 然 后 为

一 般 为 2 小 时 左 右 ; 为 避 免 混 入 杂 质, 通 常 使 用 玛 瑙 球 作 为 球 磨 介 子 干 粉 的 分 散 浸 湿 : (1) 原 理 : 固 体 粉 末 放 置 在 空 气 中, 随 着 时 间 的 推 移, 将 会 吸 附 部 分 空 气 在 固 体 的 表 面 上, 液 体 粘 合 剂 加 入 后, 液 体 与 气 体 开 始 争 夺 固 体 表 面 ; 如 果 固 体 与 气 体 吸 附 力 比 与 液 体 的 吸 附 力 强, 液 体 不 能 浸 湿 固 体 ; 如 果 固 体 与 液 体 吸 附 力 比 与 气 体 的 吸 附 力 强, 液 体 可 以 浸 湿 固 体, 将 气 体 挤 出 当 润 湿 角 90 度, 固 体 浸 湿 当 润 湿 角 >90 度, 固 体 不 浸 湿 正 极 材 料 中 的 所 有 组 员 都 能 被 粘 合 剂 溶 液 浸 湿, 所 以 正 极 粉 料 分 散 相 对 容 易 (2) 分 散 方 法 对 分 散 的 影 响 : A 静 置 法 ( 时 间 长, 效 果 差, 但 不 损 伤 材 料 的 原 有 结 构 ); B 搅 拌 法 ; 自 转 或 自 转 加 公 转 ( 时 间 短, 效 果 佳, 但 有 可 能 损 伤 个 别 材 料 的 自 身 结 构 ) 1 搅 拌 桨 对 分 散 速 度 的 影 响 搅 拌 桨 大 致 包 括 蛇 形 蝶 形 球 形 桨 形 齿 轮 形 等 一 般 蛇 形 蝶 形 桨 型 搅 拌 桨 用 来 对 付 分 散 难 度 大 的 材 料 或 配 料 的 初 始 阶 段 ; 球 形 齿 轮 形 用 于 分 散 难 度 较 低 的 状 态, 效 果 佳 2 搅 拌 速 度 对 分 散 速 度 的 影 响 一 般 说 来 搅 拌 速 度 越 高, 分 散 速 度 越 快, 但 对 材 料 自 身 结 构 和 对 设 备 的 损 伤 就 越 大 3 浓 度 对 分 散 速 度 的 影 响 通 常 情 况 下 浆 料 浓 度 越 小, 分 散 速 度 越 快, 但 太 稀 将 导 致 材 料 的 浪 费 和 浆 料 沉 淀 的 加 重 4 浓 度 对 粘 结 强 度 的 影 响 浓 度 越 大, 柔 制 强 度 越 大, 粘 接 强 度 越 大 ; 浓 度 越 低, 粘 接 强 度 越 小 5 真 空 度 对 分 散 速 度 的 影 响 高 真 空 度 有 利 于 材 料 缝 隙 和 表 面 的 气 体 排 出, 降 低 液 体 吸 附 难 度 ; 材 料 在 完 全 失 重 或 重 力 减 小 的 情 况 下 分 散 均 匀 的 难 度 将 大 大 降 低 6 温 度 对 分 散 速 度 的 影 响 适 宜 的 温 度 下, 浆 料 流 动 性 好 易 分 散 太 热 浆 料 容 易 结 皮, 太 冷 浆 料 的 流 动 性 将 大 打 折 扣 稀 释 将 浆 料 调 整 为 合 适 的 浓 度, 便 于 涂 布 2.1.1 原 料 的 预 处 理 (1) 钴 酸 锂 : 脱 水 一 般 用 120 oc 常 压 烘 烤 2 小 时 左 右 (2) 导 电 剂 : 脱 水 一 般 用 200 oc 常 压 烘 烤 2 小 时 左 右 (3) 粘 合 剂 : 脱 水 一 般 用 120-140 oc 常 压 烘 烤 2 小 时 左 右, 烘 烤 温 度 视 分 子 量 的 大 小 决 定 (4) NMP: 脱 水 使 用 干 燥 分 子 筛 脱 水 或 采 用 特 殊 取 料 设 施, 直 接 使 用 2.1.2 物 料 球 磨 a) 将 LiCoO2 Super-P 倒 入 料 桶, 同 时 加 入 磨 球 ( 干 料 : 磨 球 =1:1), 在 滚 瓶 及 上 进 行 球 磨, 转 速 控 制 在 60rmp 以 上 ; b)4 小 时 结 束, 过 筛 分 离 出 球 磨 ; 2.1.3 操 作 步 骤 a) 将 NMP 倒 入 动 力 混 合 机 (100L) 至 80, 称 取 PVDF 加 入 其 中, 开 机 ; 参 数 设 置 : 转 速 25±2 转 / 分, 搅 拌 115-125 分 钟 ; b) 接 通 冷 却 系 统, 将 已 经 磨 号 的 正 极 干 料 平 均 分 四 次 加 入, 每 次 间 隔 28-32 分

钟, 第 三 次 加 料 视 材 料 需 要 添 加 NMP, 第 四 次 加 料 后 加 入 NMP; 动 力 混 合 机 参 数 设 置 : 转 速 为 20±2 转 / 分 c) 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 ; d) 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 e) 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 ; f) 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 2.1.4 注 意 事 项 a) 完 成, 清 理 机 器 设 备 及 工 作 环 境 ; b) 操 作 机 器 时, 需 注 意 安 全, 避 免 砸 伤 头 部 2.2 负 极 混 料 2.2.1 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 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 稀 释 : 将 浆 料 调 整 为 合 适 的 浓 度, 便 于 涂 布 2.2.2 物 料 球 磨 a) 将 负 极 和 Super-P 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 ; b)4 小 时 结 束, 过 筛 分 离 出 球 磨 ; 2.2.3 操 作 步 骤 a) 纯 净 水 加 热 至 至 80 倒 入 动 力 混 合 机 (2L) b) 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 ;

配 c) 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 ; d) 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 ; e) 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 ; f) 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 ; 动 力 混 合 机 参 数 设 置 : 公 转 为 10±2 分 钟, 自 转 为 8±2 转 / 分 g) 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 ; h) 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 1 料 注 意 事 项 : 2.2.4 注 意 事 项 a) 完 成, 清 理 机 器 设 备 及 工 作 环 境 ; 3 2 防 止 的 混 浆 浓 入 料 度 其 飞 ( 它 溅 ; 固 杂 含 质 ; 量 ) 应 从 高 往 低 逐 渐 调 整 增 加 麻 烦 ; b) 操 作 机 器 时, 需 注 意 安 全, 避 免 砸 伤 头 部 5 4 7 6 搅 在 浆 需 拌 搅 烘 时 拌 不 烤 间 宜 的 的 间 长 物 长 歇 时 短 过 间 必 以 程 搁 须 设 中 置 密 备, 要 封 性 以 注 冷 能 免 意 却 沉 刮 之 材 淀 边 后 料 或 和 方 加 均 刮 可 入 匀 底 量, 性 加 为 确 降 入 主, 保 低 ; 以 分 搅 免 散 拌 组 均 桨 分 匀 的 ; 材 使 料 用 性 以 质 浆 变 料 化 分 ; 9 无 8 法 更 出 对 换 料 的 前 料 可 对 人 将 浆 员 转 料 要 速 进 加 由 行 强 慢 过 培 到 筛 训 快, 进 除 确 行 去 保 调 大 其 整 颗 掌, 粒 握 以 专 免 防 业 损 涂 知 伤 布 识 设, 时 备 以 造 ; 免 成 酿 断 成 带 ; 大 祸 ; 散 难 度 进 行 更 换, 10 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 3. 电 池 的 制 作 3.1 极 片 尺 寸 3.2 拉 浆 工 艺 a) 集 流 体 尺 寸 正 极 ( 铝 箔 ), 间 歇 涂 布 负 极 ( 铜 箔 ), 间 歇 涂 布 b) 拉 浆 重 量 要 求 电 极 第 一 面 双 面 重 量 (g) 面 密 度 (mg/cm2) 重 量 (g) 面 密 度 (mg/cm2) 3.3 裁 片 a) 正 极 拉 浆 后 进 行 以 下 工 序 :

裁 大 片 裁 小 片 称 片 ( 配 片 ) 烘 烤 轧 片 极 耳 焊 接 b) 负 极 拉 浆 后 进 行 以 下 工 序 : 裁 大 片 裁 小 片 称 片 ( 配 片 ) 烘 烤 轧 片 极 耳 焊 接 3.4 轧 片 要 求 电 极 压 片 后 厚 度 (mm) 压 片 后 长 度 (mm) 正 极 0.125-0.145 362-365 负 极 0.125-0.145 400-403 3.5 配 片 方 案 序 号 正 极 重 量 ( 克 ) 负 极 重 量 ( 克 ) 备 注 1 5.49-6.01 2.83-2.86 正 极 可 以 和 重 1-2 个 档 次 的 负 极 进 行 2 6.02-6.09 2.87-2.90 配 片 3 6.10-6.17 2.91-2.94 4 6.18-6.25 2.95-2.98 5 6.26-6.33 2.99-3.01 6 6.34-6.41 3.02-3.05 3.6 极 片 烘 烤 电 极 温 度 时 间 ( 小 时 ) 真 空 度 正 极 120±5 6-10 -0.09Mpa 负 极 110±5 6-10 -0.09Mpa 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 3.7 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 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 3.8 隔 膜 尺 寸 3.9 卷 针 宽 度 3.10 压 芯 电 池 卷 绕 后, 先 在 电 芯 底 部 贴 上 24mm 的 通 明 胶 带, 再 用 压 平 机 冷 压 2 次 ; 3.11 电 芯 入 壳 前 要 求 胶 纸 镍 条 3.12 装 壳 3.13 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 3.14 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 3.15 电 池 真 空 烘 烤

温 度 时 间 真 空 度 80±5 16-22 小 时 -0.05Mpa 备 注 : a) 真 空 系 统 的 真 空 度 为 -0.095~0.10Mpa b) 保 护 气 为 高 纯 氮 气, 气 体 气 压 大 于 0.5Mpa c) 每 小 时 抽 一 次 真 空 注 一 次 氮 气 ; 3.16 注 液 量 :2.9±0.1g 注 液 房 相 对 湿 度 : 小 于 30% 温 度 :20±5 封 口 胶 布 : 宽 红 色 胶 布 粘 胶 布 时 注 意 擦 净 注 液 口 的 电 解 液 用 2 道 橡 皮 筋 将 棉 花 固 定 在 注 液 口 处 3.17 化 成 制 度 3.17.1 开 口 化 成 工 艺 a) 恒 流 充 电 :40mA*4h 80mA*6h 电 压 限 制 :4.00V b) 全 检 电 压, 电 压 大 于 3.90V 的 电 池 进 行 封 口, 电 压 小 于 3.90V 的 电 池 接 着 用 60mA 恒 流 至 3.90-4.00 后 封 口, 再 打 钢 珠 ; c) 电 池 清 洗, 清 洗 剂 为 醋 酸 + 酒 精 3.17.2 续 化 成 制 度 a) 恒 流 充 电 (400mA,4.20V,10min) b) 休 眠 (2min) c) 恒 流 充 电 (400mA,4.20V,100min) d) 恒 压 充 电 (4.20V,20mA,150min) 当 e) 休 眠 (30min) 究 f) 恒 流 放 电 (750mA,2.75V,80min) 电 g) 休 眠 (30min) 一 从 拿 走 后, 其 结 构 可 能 发 生 变 化, 但 是 否 发 生 变 化 取 决 于 的 大 小 通 过 研 h) 恒 流 充 电 (750mA,3.80V,90min) 其 发 芯 般 的 充 现 压 电 当 倒 终 结 不 大 所 于 以 电 芯 那 在 么 使 的 用 结 小 过 构 于 程 表 中 现 应 为 通, 过 这 其 限 时 不 制 稳 充 定 电, 电 会 压 发 来 的 生 控 晶 制 型 仍 瘫 是 塌 稳, 定 其 的 外 中 部 的 负 表 极 现 值 为, i) 恒 充 电 (3.80V,20mA,150min) LiCoO2 XLi X X>0.5 Li1-XCoO2 放 的 回 本 电 正 到 身 下 常 正 有 限 嵌 极 自 电 入 己 压, 的 来 否 特 实 则 点 现 中 电 :, 芯 安 当 但 的 第 全 化 压 一 充 成 倒 次 电 之 很 化 上 后 短 成 限 必, 后 电 须 为, 压 有 了 正 一 保 极 部 证 分 有 一 部 留 中 分 在 的 负 极 留 被 在 充 负 中 到 极, 负 心 极 以 中 保, 证 一 中 下 般, 次 通 当 充 放 过 限 放 电 制 电 时 Li1-XCoO2 X 4.2V X 0.5 Li1-XCoO2 C6 LiCoO2 Li C6 Li LiCoO2 Li C6 Li Li C6 4.2V, 放 电 下 限 电 压 2.5V 4. 包 装 与 储 存 时 记 忆 效 应 的 原 理 是 结 晶 化, 在 锂 电 池 中 几 乎 不 会 产 生 这 种 反 应 但 是, 锂 离 子 电 池 在 多 次 充 放 后 容 量 仍 然 会 下 降, 其 原 因 是 复 杂 而 多 样 的 主 要 是 正 负 极 材 料 本 身 的 变 化, 从 分 子 层 面 来 看, 正 负 极 上 容 纳 锂 离 子 的 空 穴 结 构 会 逐 渐 塌 陷 堵 塞 ; 从 化 学 角 度 来 看, 是 正 负 极 材 料 活 性 钝 化, 出 现 副 反 应 生 成 稳 定 的 其 他 化 合 物

物 理 上 还 会 出 现 正 极 材 料 逐 渐 剥 落 等 情 况, 总 之 最 终 降 低 了 电 池 中 可 以 自 由 在 充 放 电 过 程 中 移 动 的 锂 离 子 数 目 过 度 充 电 和 过 度 放 电, 将 对 锂 离 子 电 池 的 正 负 极 造 成 永 久 的 损 坏, 从 分 子 层 面 看, 可 以 直 观 的 理 解, 过 度 放 电 将 导 致 负 极 碳 过 度 释 出 锂 离 子 而 使 得 其 片 层 结 构 出 现 塌 陷, 过 度 充 电 将 把 太 多 的 锂 离 子 硬 塞 进 负 极 碳 结 构 里 去, 而 使 得 其 中 一 些 锂 离 子 再 也 无 法 释 放 出 来 不 适 合 的 温 度, 将 引 发 锂 离 子 电 池 内 部 其 他 化 学 反 应 生 成 我 们 不 希 望 看 到 的 化 合 物, 所 以 在 不 少 的 锂 离 子 电 池 正 负 极 之 间 设 有 保 护 性 的 温 控 隔 膜 或 电 解 质 添 加 剂 在 电 池 升 温 到 一 定 的 情 况 下, 复 合 膜 膜 孔 闭 合 或 电 解 质 变 性, 电 池 内 阻 增 大 直 到 断 路, 电 池 不 再 升 温, 确 保 电 池 充 电 温 度 正 常 技 术 参 数 镍 镉 电 池 镍 氢 电 池 锂 离 子 电 池 工 作 电 压 (V) 1.2 1.2 3.6 重 量 比 能 量 (Wh/Kg) 50 60 105-140 体 积 比 能 量 (Wh/l) 150 200 300 充 放 电 寿 命 ( 次 ) 500 500 1000 自 放 电 率 (%/ 月 ) 25-30 30-35 6-9 有 无 记 忆 效 应 有 有 无 有 无 污 染 有 无 无 ( 注 : 充 电 速 率 均 为 1C) 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 * 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 Celgard2300PE-PP-PE 三 层 复 合 膜 在 电 池 升 温 达 到 120 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 * (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 : 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 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 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 过 流 保 护 功 能 : 当 V- 端 电 压 达 (0.15±0.02V) 时, 保 护 电 路 会 在 5-26ms 内 迅 速 动 作, 切 断 通 路, 实 现 过 流 保 护 ) 3. 材 料 以 及 电 池 的 制 作 工 艺, 管 理 等 的 因 素 如 韩 国 LG ICR18650S3 锂 电 池 号 称 真 正 的 原 装 A 品 的 标 准 电 压 3.7V, 满 电 电 压 为 : 4.2V 容 量 : 2400MA 产 地 : 韩 国 LG 型 号 : ICR18650S3 容 量 : 2200mAh 电 压 : 3.6V 充 电 方 式 : 恒 流 - 恒 压 充 电 电 压 : 4.2V 充 电 电 流 : 1050mA 充 电 时 间 : 2.5H 放 电 电 流 : 1050mA 放 电 截 至 电 压 :3.0V 循 环 寿 命 : 500 充 电 温 度 : 0 - +45 放 电 温 度 : -20 - +60 储 存 温 度 : 0 - +60

尺 寸 : 直 径 18.4 毫 米 高 65 毫 米 重 量 : 约 45 克 一 般 来 讲,18650 锂 电 池 的 一 些 数 据 : 容 量 1800-2500mAh (0.5CA 放 电 ) 标 称 电 压 : 有 3.6V/3.7V 电 池 内 阻 : 70mΩ ( 带 PTC) 放 电 终 止 电 压 :3.0V 充 电 上 限 电 压 :4.20±0.02V 标 准 充 电 电 流 :0.5C A 快 速 充 电 电 流 :1C A 标 准 放 电 电 流 :0.5C A 快 速 放 电 电 流 :1C A 最 大 直 径 (φ) 18.3 单 位 (mm) 最 大 高 度 (H) 65.0 最 大 放 电 电 流 :2C A 电 池 重 量 :45±6g 在 化 成 时, 用 稍 高 电 压 ( 锂 离 子 电 池 最 高 可 以 到 4.22V, 再 高 有 可 能 爆 壳, 漏 液 ), 可 以 使 电 解 液 比 较 好 的 浸 润 电 极, 使 锂 离 子 激 活 更 彻 底 一 些, 激 活 时 间 也 会 相 应 缩 短 节 省 这 一 步 骤 的 时 间, 而 反 应 热 在 不 损 害 电 池 本 身 的 情 况 下 又 可 以 给 电 池 内 部 的 反 应 提 供 一 个 能 比 较 快 速 反 应 的 环 境 ( 温 度 高 反 应 速 度 加 快 ) 锂 电 池 的 一 些 标 准 如 下 : 电 性 能 : 1 额 定 容 量 :0.5C 放 电, 单 体 电 池 放 电 时 间 不 低 于 2h, 电 池 组 放 电 时 间 不 低 于 1h54min(95%); 2 1C 放 电 容 量 :1C 放 电, 单 体 电 池 放 电 时 间 不 低 于 57min(95%), 电 池 组 放 电 时 间 不 低 于 54min(90%); 3 低 温 放 电 容 量 :-20 下 0.5C 放 电, 单 体 或 电 池 组 放 电 时 间 均 不 低 于 1h12m in(60%); 4 高 温 放 电 容 量 :55 下 0.5C 放 电, 单 体 电 池 放 电 时 间 不 低 于 1h54min(95%), 电 池 组 放 电 时 间 不 低 于 1h48min(90%); 5 荷 电 保 持 及 恢 复 能 力 : 满 电 常 温 下 搁 置 28 天, 荷 电 保 持 放 电 时 间 不 低 于 1h 36min(80%), 荷 电 恢 复 放 电 时 间 不 低 于 1h48min(90%); 6 储 存 性 能 : 进 行 贮 存 试 验 的 单 体 电 池 或 电 池 组 应 选 自 生 产 日 期 不 足 3 个 月 的, 贮 存 前 充 50%~60% 的 容 量, 在 环 境 温 度 40 ±5, 相 对 湿 度 45%~75% 的 环 境 贮 存 90 天 贮 存 期 满 后 取 出 电 池 组, 用 0.2C 充 满 电 搁 置 1h 后, 以 0.5C 恒 流 放 电 至 终 止 电 压, 上 述 试 验 可 重 复 测 试 3 次, 放 电 时 间 不 低 于 1h12min(6 0%); 7 循 环 寿 命 : 电 池 或 电 池 组 采 用 0.2C 充 电,0.5C 放 电 做 循 环, 当 连 续 两 次 放 电 容 量 低 于 72min(60%) 时 停 止 测 试, 单 体 电 池 循 环 寿 命 不 低 于 600 次, 电 池 组 循 环 寿 命 不 低 于 500 次 ;

8 高 温 搁 置 寿 命 : 应 选 自 生 产 日 期 不 足 三 个 月 的 单 体 电 池 的 进 行 高 温 搁 置 寿 命 试 验, 进 行 搁 置 前 应 充 入 50%±5% 的 容 量, 然 后 在 环 境 温 度 为 55 ±2 的 条 下 搁 置 7 天 7 天 后 将 电 池 取 出, 在 环 境 温 度 为 20 ±5 下 搁 置 2~5h 先 以 0. 5C 将 电 池 放 电 至 终 止 电 压,0.5h 后 按 0.2C 进 行 充 电, 静 置 0.5h 后, 再 以 0.5 C 恒 流 放 电 至 终 止 电 压, 以 此 容 量 作 为 恢 复 容 量 以 上 步 骤 为 1 周 循 环, 直 至 某 周 放 电 时 间 低 于 72min(60%), 试 验 结 束 搁 置 寿 命 不 低 于 56 天 (8 周 循 环 ) 安 全 性 能 : 1 持 续 充 电 : 将 单 体 电 池 以 0.2ItA 恒 流 充 电, 当 单 体 电 池 端 电 压 达 到 充 电 限 制 电 压 时, 改 为 恒 压 充 电 并 保 持 28d, 试 验 结 束 后, 应 不 泄 漏 不 泄 气 不 破 裂 不 起 火 不 爆 炸 ( 相 当 于 满 电 浮 充 ) 2 过 充 电 : 将 单 体 电 池 用 恒 流 稳 压 源 以 3C 恒 流 充 电, 电 压 达 到 10V 后 转 为 恒 压 充 电, 直 到 电 池 爆 炸 或 起 火 或 充 电 时 间 为 90min 或 电 池 表 面 温 度 稳 定 (45mi n 内 温 差 2 ) 时 停 止 充 电, 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 (3C10V); 将 电 池 组 用 稳 压 源 以 0.5ItA 恒 流 充 电, 电 压 达 到 n 5V(n 为 串 联 单 体 电 池 数 ) 后 转 为 恒 压 充 电, 直 到 电 池 组 爆 炸 或 起 火 或 充 电 时 间 为 90min 或 电 池 组 表 面 温 度 稳 定 (45mi n 内 温 差 2 ) 时 停 止 充 电, 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 3 强 制 放 电 ( 反 向 充 电 ): 将 单 体 电 池 先 以 0.2ItA 恒 流 放 电 至 终 止 电 压, 然 后 以 1ItA 电 流 对 电 池 进 行 反 向 充 电, 要 求 充 电 时 间 不 低 于 90min, 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 ; 将 电 池 组 其 中 一 只 单 体 电 池 放 电 至 终 止 电 压, 其 余 均 为 充 满 电 态 的 电 池, 再 以 1ItA 恒 流 放 电 至 电 池 组 的 电 压 为 0V 时 停 止 放 电, 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 4 短 路 测 试 : 将 单 体 电 池 经 外 部 短 路 90min, 或 电 池 表 面 温 度 稳 定 (45min 内 温 差 2 ) 时 停 止 短 路, 外 部 线 路 电 阻 应 小 于 50mΩ, 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 ; 将 电 池 组 的 正 负 极 用 小 于 电 阻 0.1Ω 的 铜 导 线 连 接 直 至 电 池 组 电 压 小 于 0.2V 或 电 池 组 表 面 温 度 稳 定 (45min 内 温 差 2 ), 电 池 应 不 起 火 不 爆 炸 机 械 实 验 : 1 挤 压 : 将 单 体 电 池 放 置 在 两 个 挤 压 平 面 中 间, 逐 渐 增 加 压 力 至 13kN, 圆 柱 形 电 池 挤 压 方 向 垂 直 于 圆 柱 轴 的 纵 轴, 方 形 电 池 挤 压 电 池 的 宽 面 和 窄 面 每 只 电 池 只 能 接 受 一 次 挤 压 试 验 结 果 应 符 合 4.1.2.1 的 规 定 在 电 池 组 上 放 一 直 径 为 1

5cm 的 钢 棒 对 电 池 组 的 宽 面 和 窄 面 挤 压 电 池 组, 挤 压 至 电 池 组 原 尺 寸 的 85%, 保 持 5min, 每 个 电 池 组 只 接 受 一 次 挤 压 2 针 刺 : 将 单 体 电 池 放 在 一 钢 制 的 夹 具 中, 用 φ3mm~φ8mm 的 钢 钉 从 垂 直 于 电 池 极 板 的 方 向 贯 穿 ( 钢 针 停 留 在 电 池 中 ), 持 续 90min, 或 电 池 表 面 温 度 稳 定 (45min 内 温 差 2 ) 时 停 止 试 验 3 重 物 冲 击 : 将 单 体 电 池 放 置 于 一 钢 性 平 面 上, 用 直 径 15.8mm 的 钢 棒 平 放 在 电 池 中 心, 钢 棒 的 纵 轴 平 行 于 平 面, 让 重 量 9.1kg 的 重 物 从 610mm 高 度 自 由 落 到 电 池 中 心 的 钢 棒 上 ; 单 体 电 池 是 圆 柱 形 时, 撞 击 方 向 垂 直 于 圆 柱 面 的 纵 轴 ; 单 体 电 池 是 方 形 时, 要 撞 击 电 池 的 宽 面 和 窄 面, 每 只 电 池 只 能 接 受 一 次 撞 击 4 机 械 冲 击 ; 将 电 池 或 电 池 组 采 用 刚 性 固 定 的 方 法 ( 该 方 法 能 支 撑 电 池 或 电 池 组 的 所 有 固 定 表 面 ) 将 电 池 或 电 池 组 固 定 在 试 验 设 备 上 在 三 个 互 相 垂 直 的 方 向 上 各 承 受 一 次 等 值 的 冲 击 至 少 要 保 证 一 个 方 向 与 电 池 或 电 池 组 的 宽 面 垂 直, 每 次 冲 击 按 下 述 方 法 进 行 : 在 最 初 的 3ms 内, 最 小 平 均 加 速 度 为 735m/s2, 峰 值 加 速 度 应 该 在 1225 m/s2 和 1715 m/s2 之 间 5 振 动 : 将 电 池 或 电 池 组 直 接 安 装 或 通 过 夹 具 安 装 在 振 动 台 面 上 进 行 振 动 试 验 试 验 条 件 为 频 率 10Hz~55Hz, 加 速 度 29.4 m/s2,x,y,z 每 个 方 向 扫 频 循 环 次 数 为 10 次, 扫 频 速 率 为 1oct/min 6 自 由 跌 落 : 将 单 体 电 池 或 电 池 组 由 高 度 ( 最 低 点 高 度 ) 为 600mm 的 位 置 自 由 跌 落 到 水 泥 地 面 上 的 20mm 厚 的 硬 木 板 上, 从 X,Y,Z 三 个 方 向 各 一 次 自 由 跌 落 结 束 后 环 境 适 应 性 : 1 高 温 烘 烤 : 将 单 体 电 池 放 入 高 温 防 爆 箱 中, 以 (5 ±2 )/min 升 温 速 率 升 温 至 130, 在 该 温 度 下 保 温 10min 2 高 温 储 存 : 将 单 体 电 池 或 电 池 组 放 置 在 75 ±2 的 烘 箱 中 搁 置 48h, 电 池 应, 应 不 泄 漏 不 泄 气 不 破 裂 不 起 火 不 爆 炸 3 低 气 压 :(UL 标 准 )

对 各 组 成 部 份 物 质 的 要 求 < 一 > 对 正 负 极 物 质 的 要 求 1 正 极 电 位 超 正, 负 极 电 位 越 负 2 活 性 要 高 ( 反 应 快, 得 胜 率 高 )[ 3 活 性 物 质 在 电 解 液 中 要 稳 定, 自 溶 速 度 要 小 4 活 性 物 质 要 有 良 好 的 导 电 性 能, 电 阻 小 5 便 于 生 产, 资 源 丰 富 < 二 > 对 电 解 液 的 要 求 1 电 导 率 高, 扩 散 效 率 好, 粘 度 低 2 化 学 成 份 稳 定, 挥 发 性 小, 易 贮 存 3 正 负 极 活 性 物 质 在 电 液 中 能 长 期 保 持 稳 定 4 便 于 使 用 < 三 > 对 隔 膜 要 求 1 有 良 好 的 稳 定 性 2 具 有 一 定 的 机 械 强 度 和 抗 弯 曲 能 力, 有 抗 拒 枝 晶 穿 透 能 力 3 便 于 使 用 4 吸 水 性 良 好, 孔 径 孔 率 符 合 要 求 < 四 > 对 外 壳 要 求 1 有 较 高 的 机 械 强 度, 承 受 一 般 的 冲 击 2 具 有 耐 工 艺 腐 蚀 的 能 力 电 解 液 目 前 存 在 的 突 出 问 题 突 出 的 问 题 主 要 有 以 下 几 个 : 1 与 正 负 极 的 相 容 性 2 随 电 压 升 高, 电 解 质 溶 液 分 解 产 生 气 体, 使 内 压 增 大, 导 致 对 电 池 空 难 性 的 破 坏 以 及 升 高 电 池 工 作 温 度 时 溶 剂 的 抗 氧 化 能 力 较 低