锂电池生产工艺流程.docx

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1、锂电池生产工艺流程目录1 .前言12 .锂电池生产工艺流程23 .电极片制备33. 1.正负极材料31.2. 导电剂43. 3.粘结剂51.3. 1.油系粘结剂61.3.2. 水系粘结剂61.4. 集流体64 .卷绕75 .封装105. 1.方形电池105. 2.软包电池115. 3.圆柱电池125.4.三种锂电池封装方式的对比： 126.注液136. 1.锂电池注液的意思136.2.工艺要求196. 3.品质管控197 .针刺198 .成品测试269 .模组2710 .未来锂离子电池的发展趋势281.前言锂电池按照生产工艺和流程划分可分为电极制备，电池组装和电化学活化 三个阶段。2 .锂电池

2、生产工艺流程电极制备工序将原材料加工成为极片，核心工序为涂布；电池组装工序将 极片加工成为未激活电芯，核心工序是卷烧或者叠片；电化学活化工序主要完 成激活电芯、检测等级容量，核心工序是化成和分容。电极制备是锂电池生产的前段工序。首先，将正、负极的活性材料(AM)、 导电添加剂和粘合剂与溶剂混合以形成均匀的浆料，然后将浆料涂覆在金属箔 片的两侧上，制成正、负极片，并输送到干燥设备以蒸发溶剂；再将涂布后的 极片进一步压实，以提高电池的能量密度；最后对极片进行冲压分切。电池组装是锂电池生产的前段工序。方形、圆形锂电池生产中极片卷绕成 锂离子电池的电芯，软包电池生产中极片叠成锂离子电池的电芯，再将卷芯

3、装 入电芯外壳，经过电焊以及电解液的定量注入后，完成电池的封装，锂电池的 电芯功能结构已经形成。电化学活化是锂电池生产的后段工序。电化学活化开始于将电池充电到相 对低的电压，以保护铜集电器免受腐蚀，然后等待电解质充分润湿进行化成， 化成是锂电池首次充电完成电化学活化的过程，在此过程中负极表面生成固态 电解质界面(SEI叼膜，以阻止副反应进一步的发生，从而减少锂电池中活性锂的固态电解质界面：Solid electrolyte interface 损失；老化是检查泄漏电流的过程，可能需要占据大量的时间和空间；最后， 分容是根据各电芯的泄漏电流和形成循环后的额定容量进行分组，以减少电池 间的容量差异

4、。电解液润湿、电芯化成和老化是锂离子电池制造关键工步，这些步骤能确 保锂离子电池容量均匀，能够保证安全性和长循环寿命。形成阳极固体电解质 界面(SEI)和阴极电解质界面(CEI)是锂离子电池生产关键，这依赖于润湿和化成 工步，精细的活性材料界面层需要通过与电解质溶剂、添加剂和盐的反应以受 控的方式形成，使得最外面的活性材料部分钝化并且不进一步与电解质反应， 这对于石墨阳极尤其如此；其次，液体电解质必须在整个形成过程中保持与活 性材料的紧密接触，即完成电解质的“湿润”；化成中的充电和放电步骤以缓 慢的速率完成，以确保SEl和CEl的厚度和组成得到优化，以使电池的循环寿命 内的容量衰减最小。老化工

5、步可能需要额外的1-2周时间来检查泄漏电流的情 况，这个过程中还需要许多电化学循环器、存储环境和大量相关的占地空间。3 .电极片制备电极片制备是电芯制造的关键环节，需要选择合适的电极材料进行涂覆和 干燥处理。制备电极片需要材料主要包括：正负极材料、导电剂、粘结剂、正负极集 流体。正负极材料制备极片所需材料3.1. 正负极材料实验室用正负极材料可以自主制备，也可以采购。正负极材料一般为粉末 状，颗粒尺寸不宜过大，以便于均匀涂布(根据百度百科理解：将糊状聚合物、 熔融态聚合物或聚合物溶液涂于纸、布、塑料薄膜上制得复合材料(膜)的方法)。一般情况下，正负极材料粉体粒径尺寸为微米级别，DmaX（最大直

6、径）控制在 30um以内Q如果出现粉体团聚的现象，可将正负极材料经过研磨与过筛后再使用。3. 2.导电剂导电剂的主要作用是在电极片中构建电子连通网络，使正负极活性材料与 集流体导通。充放电过程中，尤其在正负极材料发生氧化还原反应时，实现活 性材料与集流体之间电荷转移和电子定向传输的功能。实验室常用的导电剂为碳基导电剂。包括零维点状导电碳材料（如乙焕黑、 导电炭黑等）、一维线状导电碳材料（如：碳纳米管、碳纳米纤维等）、二维面状 导电碳材料（如石墨烯、导电石墨等）。综合考虑成本、导电性、分散加工性等因 素，导电炭黑成为目前使用最广泛的导电剂。维纹状导电碟材料3. 3.粘结剂粘结剂的主要功能是将正负

7、极活性材料、导电材料（个人理解：导电剂）、集 流体粘接在一起。虽然粘结剂没有容量（个人理解：不提升电池的电容量）且在电池中占比较 少，但其对正负极片的力学性能、结构稳定性、电化学性能等具有影响。根据溶剂（个人理解：粘结剂的溶剂）的类型，目前广泛应用的粘结剂主要分 类为油系（N-甲基此咯（bi IUe）烷酮，也称为NMP）、水系两类。正极油系3. 3. 1.油系粘结剂油系粘结剂以聚偏氟乙烯（PVDF）为主（个人理解：聚偏氟乙烯是溶质），耐 腐蚀能力强，高电压下结构稳定，主要用于正极材料配方中使用。NMP作为一种有机溶剂，易挥发，且溶解性强，较适用于对水分敏感的正 极材料。在工业大规模生产中，通常

8、将NMP蒸发后回收再利用。3. 3. 2.水系粘结剂为了降低溶剂与回收设备等成本，负极浆料（个人理解：粘结剂）溶剂一般为 去离子水。水系粘结剂材料（个人理解：溶质）主要分为两类：丁苯橡胶乳液、聚 丙烯类聚合物。为了调节浆料粘度，提高浆料稳定性而改善沉降，一般会使用孩甲基纤维 素钠（CMC）作为增稠剂，搭配丁苯橡胶或聚丙烯晴粘结剂一起使用。3. 4.集流体集流体不仅具有承载活性物质的作用，而且可以将电池活性物质产生的电 流汇集，以形成较大的电流对外输出。锂离子电池的正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔。如果选择一面光滑、 一面粗糙的箔材，应在粗糙的一面涂布，以增加集流体与正负极材料之间的结 合力。

9、分类理想的集流体应满足以下五个条件:(1)高导电率。良好的导电率有利于电子的传输，提高锂离子电池的比容量(克容量)和倍率性能。(2)高稳定性。等发生反应。集流体电化学性能稳定，不与活性物质、粘结剂、电解液的(3)结合性强。较高的粘结强度。集流体与活性物质、粘结剂等兼容性好，结合性能强，具有(4)成本低廉。(5)柔韧轻薄。成本低、易于获取，可以广泛用于生产制造。质量轻、厚度较薄的集流体可提高锂离子电池的比容量。良好的电导率有利于电子的传输，提高 锂寓子电池的比容倍率性能4.卷绕卷绕过程中需要确保电极片不随意移位或损坏，同时根据需要进行层数叠 加。卷绕：既把激光切好后的极片，通过卷针的转动，把极片

10、卷成一个层层包 裹的卷芯状，正常包裹方式为隔膜，正极，隔膜，负极，涂胶隔膜面对着正极。 一般卷针为棱形、椭圆形、圆形卷针，理论上讲，卷针越圆，卷芯贴合得越好, 但圆形的卷针使得极耳翻折比较严重。在此主要考虑极耳对齐度，跑偏，断带。 跑偏主要是由于极片的波浪边和卷针的水平度导致，可通过前工序的修正和设 备的校正改善。卷绕过程中有CCD进行检测纠偏，检测正负极间距，正负极与 隔膜间距。卷绕过后一般对应的是贴码和热压，可烘烤后再热压，增强压实效 果。这里我们主要提一下隔膜，隔膜是锂离子电池的重要组成部分，起着分隔 正、负极，防止电池内部短路，允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电 过程的作用。其性

11、能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、 循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重 要的作用，被业界称为电池的“第三电极”。锂离子电池对隔膜的要求包括：(1)具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离；(2)有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有 很好的透过性；(3)耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性，这是由于电解质的溶剂 为强极性的有机化合物；(4)具有良好的电解液的浸润性，并且吸液保湿能力强；(5)力学稳定性高，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小;(6)空间稳定性和平整性好；(7)热稳定性和自动关断保护性能好；(8)受热

12、收缩率小，否则会引起短路，引发电池热失控。除此之外，动力电池通常采用复合膜，对隔膜的要求更高。锂离子电池隔膜材料可以分为：微孔聚烯烂膜、非织造布、聚合物/无机复合材料和凝胶聚合物电解质膜 四大类。1聚烯烷微孔膜成本低廉、尺寸孔径可控、具有稳定的化学稳定性、良好 的机械强度和电化学稳定性，并且具有高温自关闭性能(约140),保证了锂离 子二次电池日常使用的安全性能。商品化的锂离子电池隔膜材料主要采用聚乙 烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜。2无纺布又称非织造布，是由纤维进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然 后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。包括天然和合成纤维材料，如纤维 素及其衍生物、聚烯烧纤

13、维、聚酰胺(PA)纤维、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等。 无纺布隔膜孔隙率高(60%80%),结构呈三维孔状，可防止锂离子电池中锂枝 晶的生长。无纺布基材隔膜提高透气性和改善吸液性有独特的技术优势，且制 备成本较低，将成为大容量高功率锂离子电池隔膜的重要发展趋势之一。3无机复合膜，也称陶瓷膜，是由少量粘合剂与无机粒子形成的多孔膜， 对电解质溶液具有优良的润湿性，可以保持高容量的电解液如碳酸乙烯酯(EC)、 碳酸丙烯酯(PC),有助于延长电池的循环寿命，同时高温时具有优良的热稳定 性和尺寸完整性，可提高电池的安全性能。因此，无机复合隔膜应用于锂离子 电池成为人们的研究热点方向。4将PVDF-HF

14、P和有机溶剂形成凝胶，同时充当液体电解质体系中隔膜和 离子电导载体的功能，具有吸液保湿性能强、电导率高、加工性能良好等优点, 从此凝胶聚合物电解质膜引起了人们的广泛关注，陆续报道了聚乙二醇(PEG)、 聚丙烯晴(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVdF)及其共聚物、 聚氧乙烯(PEo)等体系。然而这些凝胶聚合物电解质膜存在厚度过大限制电池容 量，机械性能较差，缺乏聚烯燃隔膜的热关闭热性可能引发电池安全性能等不 足，故而需要改良。5.封装封装是将卷绕的电芯放置在铝箔袋内。按照封装工艺不同分为方形电池、 软包电池和圆柱电池。当前市场上的动力电池主要以方形电池占主导，数码产 品主

15、要使用软包型电池，圆柱电池则作为高性价比产品填充市场份额，它们的 特点分别是什么呢？5. 1.方形电池方形硬壳电池壳体多为铝合金、不锈钢等材料，内部采用卷绕式或叠片式 工艺，对电芯的保护作用优于于铝塑膜电池(即软包电池)，电芯安全性相对圆柱 型电池也有了较大改善，不过方形硬壳电池关于冷却系统布置的要求更高。方形电池的普及率在国内很高，随着近年汽车动力电池的兴起，汽车续航里程与 电池容量之间的矛盾日渐突显，国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的 铝壳方形电池为主。优点：方形电芯的封装壳体大多为铝合金以及不锈钢等材料，电池内部采 用卷绕式或叠片式工艺，对电芯的保护作用更优于软包锂电池，电芯的安全性 相较于圆柱形锂电池也有较大的改善。方形电池的结构较为简单，不像圆柱电 池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件，所以整体附件 重量要轻，相对能量密度较高，单体数量自然随之降低，因此对BMS电池管理 系统的要求也就更低。缺点：方形电芯包由于可以根据产品的尺寸进行定制化生产，但因此也会 使得市场上有着众多不同型号的方形锂电池。而过多不同型号的锂电池，将会 导致工艺很难统一，使得自动化水平不高，单体差异性较大，也可能存在成组 的方形锂电池包远低于单个锂电池的寿命。