锂电池的生产工艺

中心议题：
        *关于锂电池工艺的资料

今天在盖世汽车网举办的论坛上，听交大的殷教授（他是我以前同事的博士生导师）谈起了不少趣闻，特别是关于锂电池生产厂商的已经在国内到达100家以上了，但是工艺是个很大的悲剧。在此收集和整理一些关于锂电池工艺的资料，需要和专业同事确认后才能就不同的电池进行正确的区别，这里首先整理个概念。

正极混料

l 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。

l 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。

l 稀释。将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

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；

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；

a) 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

b) 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℃；

c) 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。

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负极混料

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；

2.3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；

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。

2.4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。

★      配料注意事项：
1、防止混入其它杂质；
2、防止浆料飞溅；
3、浆料的浓度（固含量）应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦；
4、在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；
5、浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低；
6、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；
7、搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主；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；
8、出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带；
9、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；
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

3.5配片方案

3.6极片烘烤

      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

本质上，锂电池应该是全机械化加工的，应该也算是高级生产线了。