锂电芯培训资料(三)锂电芯基本知识
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(三)
锂电芯基本知识
  品管部选编
一、锂电芯原理
  锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行,锂离子在正负极之间嵌入脱出,往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在,因此锂离子电芯更加安全稳定。
二、锂电芯的构造
   电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上形成正极板,负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上,目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。
根据上述的反应机理,正极采用LiCoO2LiNiO2LiMn2O2,其中LiCoO2本是一种层结构
很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿走XLi后,其结构可能发生变化,但是否发生变化取决于X的大小。通过研究发现当X>0.5Li1-XCoO2的结构表现为极其不稳定,会发生晶型瘫塌,其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-XCoO2中的X值,一般充电电压不大于4.2V那么X小于0.5 ,这时Li1-XCoO2的晶型仍是稳定的。负极C6其本身有自己的特点,当第一次化成后,正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中,当放电时Li回到正极LiCoO2中,但化成之后必须有一部分Li留在负极C6中,心以保证下次充放电Li的正常嵌入,否则电芯的压倒很短,为了保证有一部分Li留在负极C6中,一般通过限制放电下限电压来实现。所以锂电芯的安全充电上限电压4 .2V,放电下限电压2.5V
电线品牌三、锂电芯的安全性
   电芯的安全性与电芯的设计、材料及生产工艺生产过程的控制等因素密切相关。在电芯的充放电过程中,正负极材料的电极电位均处于动态变化中,随着充电电压的增高,正极材料(LixCoO2)电位不断上升,嵌锂的负极材料(LixC6)电位首先下降,然后出现一个较长的电位平台,当充电电压过高( >4.2V)或由于负极活性材料面密度相对于正极材料
面密度(C/A)比值不足时,负极材料过度嵌锂,负极电位则迅速下降,使金属锂析出(正常情况下则不会有金属锂的的析出),这样会对电芯的性能及安全性构成极大的威胁。
   在材料已定的情况下,C/A太大,则会出现上述结果。相反,C/A太小,容量低,平台低,循环特性差。这样,在生产加工中如何保证设计好的C/A比成了生产加工中的关键。所以在生产中应就以下几个方面进行控制:
   1.负极材料的处理:
   1) 将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离,避免了局部电化学反应过度激烈而产生负反应的情况,提高了电芯的安全性。
2)提高材料表面孔隙率,这样可以提高10%以上的容量,同时在C/A 比不变的情况下,安全性大大提高。处理的结果使负极材料表面与电解液有了更好的相容性,促进了SEI膜的形成及稳定。
2.制浆工艺的控制:
1)制浆过程采用先进的工艺方法及特殊的化学试剂,使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。提高了各组之间的相容性,阻止了材料在搅拌过程团聚的现象。
2)涂布时基材料与喷头的间隙应控制在0.2mm以下,这样涂出的极板表面光滑无颗粒、凹陷、划痕等缺陷。
3)浆料应储存6小时以上,浆料粘度保持稳定,浆料内部无自聚成团现象。均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性,从而提高了电芯的一致性、安全性。
3.采用先进的极片制造设备
 1)可以保证正负极片质量的稳定和一致性,降低了不安全电芯的出现机率。
 2)涂布机单片极板上面密度误差值应小于±2%,极板长度及间隙尺寸误差应小于2mm
 3)辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm,这样才能保证极板厚度的一致性。设备应配有完善的吸尘系统,避免因浮尘颗粒而导致的电芯内部微短路,从而保证了电芯的自放电性能。
  4)分切机应采用切刀为辊刀型的连续分切设备,这样切出的极片不存在荷叶边,毛刺等缺陷。同样设备应配有完善的吸尘系统,从而保证了电芯的自放电性能。
  4.先进的封口技术
  目前国内外方形锂离子电芯的封口均采用激光(LASER)熔接封口技术,它是利用YAG棒(钇铝石榴石)激光谐振腔中受强光源(一般为氮灯)的激励下发出一束单一频率的光(λ=1.06mm)经过谐振折射聚焦成一束,再把聚焦的焦点对准电芯的筒体和盖板之间,使其熔化后亲合为一体,以达到盖板与筒体的密封熔合的目的。为了达到密封,必须掌握以下几个要素:
  1)必须有能量大、频率高、聚焦性能好、跟踪精度高的激光焊机。
  2)必须有配合精度高的适用于激光焊的电芯外壳及盖板。
  3)必须有高纯度的氮气保护,否则铝壳表面就会产生难以熔化的Al2O3(其熔点为2400℃)。
四、锂电芯膨胀原因及控制
  锂离子电芯在制造和使用过程中往往会有膨胀现象,经过分析与研究,发现主要有以下两方面原因:
1、锂离子嵌入带来的厚度变化: 电芯充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,引起负极层间距增大,而出现膨胀,一般而言,电芯越厚,其膨胀量越大。
2、工艺控制不力引起的膨胀在制造过程中,如浆料分散、C/A比离散性、温度控制都会直接影响电芯电芯的膨胀程度。特别是水,因为充电形成的高活性锂碳化合物对水非常敏感,从而发生激烈的化学反应。反应产生的气体造成电芯内压升高,增加了电芯的膨胀行为。所以在生产中,除了应对极板严格除湿外,在注液过程中更应采用除湿设备,保证空气的干燥度为HR2%,露点(大气中的湿空气由于温度下降,使所含的水蒸气达到饱和状态而开始凝结时的温度)小于庆余年司理理-40℃。在非常干燥的条件下,并采取真空注液,极大地降低了极板和电解液的吸水机率。
五、铝壳锂电芯与钢壳锂电芯安全性比较
1、铝壳相对于钢壳具有很高的安全优势:
钢壳对内压反映十分迟钝,而铝壳对内压反应却十分敏锐。因此从厚度上就基本能判断出电芯的内压,而钢壳电芯往往隐含着内压带来的不安全隐患。
英语考试有哪些2、锂离子电池至少需要三重保护-----过充电保护,过放电保护,短路保护。
a)过充电保护: 过充电保护 IC 的原理为:当外部充电器对锂电池充电时,为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状态。此时,保护 IC 需检测电池电压,当到达 4.25V 时(假设电池过充点为 4.25V)即启动过度充电保护,将功率 MOS 由开转为切断,进而截止充电。
b)过放电保护: 过放电保护 IC 原理:为了防止锂电池的过放电,假设锂电池接上负载,当锂电池电压低于其过放电电压检测点(假定为 2.5V)时将启动过放电保护,使功率 MOSFET 由开转变为切断而截止放电,以避免电池过放电现象产生,并将电池保持在低静态电流的待机模式,此时的电流仅 0.1uA 当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于过度放电电压时,过度放电保护功能方可解除。另外,考虑到脉冲放电的情况,过放电检测电路设有延迟时间以避免产生误动作。   过放电保护及过充电保护IC主要生产厂家有:美上美(MITSUMI),精工,台湾富晶(DW01,FS301,302),理光,MOTOROLA等封装形式主要为S
OT26,SOT6 {Q_
c)短路保护:因为不明原因(放电时或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路,为确保安全,必须使其立即停止放电。 过电流保护 IC 东北军将领原理为,当放电电流过大或短路情况产生时,保护 IC 将启动过(短路)电流保护,此时过电流的检测是将功率 MOSFET Rds(on) 当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形,如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电,运算公式为: V- = I × Rds(on) × 2V- 为过电流检测电压,I 为放电电流)。假设 V- = 0.2VRds(on) = 25mΩ,则保护电流的大小为 I = 4A  同样地,过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时产生误动作。通常在过电流产生后,若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离),将会恢复其正常状态,可以再进行正常的充放电动作。
六、 各工序控制重点
配料涂布制片烘烤组装激光焊烘烤
注液陈化化成封口清洗老化分容检测包装
()、配料:
1.溶液配制:
a) PVDF(CMC)与溶剂NMP(或去离子水)的混合比例和称量;
b) 溶液的搅拌时间、搅拌频率和次数(及溶液表面温度);
c) 溶液配制完成后的检验:粘度(测试)\溶解程度(目测)及搁置时间;
d) 负极:SBR+CMC溶液,搅拌时间和频率。
2.活性物质:
a) 称量和混合时监控混合比例、数量是否正确;
b) 烘烤:烘烤温度、时间的设置;烘烤完成后冷却后测试温度。
c) 活性物质与溶液的混合搅拌:搅拌方式、搅拌时间和频率。
d) 过筛:过100目(或150目)分子筛。
e) 测试:固含量、粘度、混料细度、振实密度、浆料密度。
(二)、涂布:
1.集流体(铜、铝箔)的首检:
a) 集流体规格(长宽厚)的确认;
    b) 集流体标准(实际)重量的确认;
    c) 集流体的亲()水性及外观(有无碰伤、划痕和破损)
2.敷料量(标准值、上、下限值)的计算:
    a) 单面敷料量(以接近此标准的极片厚度确定单面厚度);
    b) 双面敷料量(以最接近此标准的极片厚度确定双面的极片厚度。)
3.浆料的确认:是否过稠()\流动性好,是否有颗粒,气泡过多,是否已干结.
4.极片效果:
a) 比重(片厚)的确认;
b) 外观:有无划线、断带、结料(滚轮或极片背面)是否积料过厚,是否有未干透或烤焦,有无露铜或异物颗粒;
5.裁片:规格确认有无毛刺,外观检验。
(三)、制片:
1.压片:
a) 确认型号和该型号正、负极片的标准厚度;
b) 极片压片后的厚度、外观有无变形、起泡、掉料、有无粘机、压叠。
c) 极片的强度检验;
2.分小片:
a) 刀口规格、大片极片的规格(长宽)、外观确认;
b) 分出的小片宽度;
c) 分出的小片有无毛刺、起皱、或裁斜、掉料(正)。
3.分档称片:
a) 称量有无错分;
b) 外观检验:极片尺寸、掉料、折痕、破损、浮料、未刮净等。
4.超焊、铆接:
a)铝带、镍带的长度、宽度、厚度的确认;
b)铝带、镍带的点焊牢固性;
c)胶纸必须按工艺要求的公差长度粘贴;
d)极片表面不能有粉尘。
5.烘烤:
a) 烤箱温度、时间的设置;
b) N2、抽真空的时间性效果(目测仪表)及时间间隔。
(四)、盖帽加工:
1.裁连接片:测量尺寸规格、检查有无毛刺、压伤;
2.清洗连接片:检查连接片是否清洗干净;
3.点盖帽:检查有无漏点、虚点、点穿;
4.全检:对前工序员工自检检查的效果进行复核,防止不良品流入下一工序;
()、卷绕:
1. 烘烤:烘烤温度、时间、烘烤效果。
各型号的识别、隔膜纸、卷尺的规格、钢(铝)壳的卷绕注意事项;
2.结存极片的标识状态;
3.点负极的牢固度(钢、铝壳);铝壳正极的牢固性、负极的外观;
4.绝缘垫片的放置;
5.折、压合盖帽(铝壳)注意杂物外露和铝壳外观的维护;
迪丽热巴演的乔晶晶6.定盖工位:偏移度。
()、激光焊
1.钢、铝壳电池焊接时注意砂孔;
2.焊接铝壳的调试、焊接时抽查的测试;

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