聚合物锂离子电池工艺培训 (1)PPT文件格式下载.ppt

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,二、聚合物锂离子电池的组成,2.4隔膜,隔膜主要有PP膜、PE膜、PP/PE/PP三层复合膜、涂胶隔膜、陶瓷隔膜、无机隔膜、PI隔膜等。

常见的为聚烯烃隔膜。

隔膜需要如下特点：

目录,锂离子电池的基本原理聚合物锂离子电池的组成制造工艺介绍,Confidential,Confidential,配料Mixing,涂布Coating,辊压Rolling,分切Cuting,制片TabWelding,烘烤Baking,Hipot测试Hipottest,角位封Cornersealing,顶侧封Top/sidesealing,卷绕Winding,注液Injection,抽真空Prevacuuming,一封PreSealing,陈化Storage,预充PreCharge,OCV2,老化Aging,OCV1,分容Capacitysorting,二封Finalsealing,自动化设备现三合一,自动化设备实现三合一,高温夹具化成,自动OCV设备,自动OCV设备,三、制造工艺,Confidential,4/30/2023,Confidential,13,目的：

通过搅拌等外力将活性物质、导电剂、粘合剂溶剂混合，形成均一、稳定、易于涂布的浆料。

原材料活性物质：

正极主要为钴酸锂和三元镍钴锰（NCM）；

负极主要为石墨。

导电剂：

炭黑sp、碳纳米管CNT等粘合剂：

油系为PVDF，水系为CMC+SBR等；

溶剂：

油系为NMP，水系为去离子水。

三、制造工艺,3.1匀浆,Confidential,4/30/2023,Confidential,14,过程：

将活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂、添加剂等组分按照一定的比例和顺序加入到搅拌设备中，在设备产生的翻动、揉捏、剪切等机械作用下混合在一起，形成均匀稳定并适合涂布的固液悬浮体系。

三、制造工艺,3.1匀浆,匀浆过程一般包含润湿、分散、稳定化等过程,Confidential,4/30/2023,Confidential,15,浸润：

溶剂进入活性物质等固体表面，替换出固体表面吸附的气体等。

三、制造工艺,3.1匀浆,润湿好，能够降低分散难度，提高搅拌效率。

润湿好，能够提高浆料质量，减少涂布坏品。

负极浆料搅拌难的本质原因是石墨和水很难润湿。

石墨+水石墨+NMP,Confidential,4/30/2023,Confidential,16,分散：

通过强烈的机械外力将团聚的颗粒打散至初始粒径。

三、制造工艺,3.1匀浆,稳定：

通过在正负极活性物质等表面引入分散剂、粘合剂等材料引起静电斥力和位阻效应，阻止分散后的颗粒再次团聚。

Confidential,4/30/2023,Confidential,17,设备：

搅拌设备一般为双行星搅拌设备、高速分散、球磨等。

三、制造工艺,3.1匀浆,双行星,高速分散,产品控制：

浆料粘度、固含量、细度、分散均匀性等；

设备：

公转和分散转速、时间、循环水进水温度和流量。

Confidential,4/30/2023,Confidential,18,目的：

将匀浆后的浆料按照一定的尺寸均匀的涂覆在集流体上，烘干制成极片。

原材料集流体：

正极为铝箔/铝网，负极一般为铜箔/铜网；

浆料：

正极或负极经过过滤、除铁后的浆料。

三、制造工艺,3.2涂布,Confidential,4/30/2023,Confidential,19,过程：

按照涂布设备区分主要为转移式辊涂和挤压式喷涂。

按照涂布方式区分主要分为间歇式涂布和连涂。

三、制造工艺,3.2涂布,辊涂,喷涂,Confidential,4/30/2023,Confidential,20,过程：

涂布的过程主要包括浆料的前处理、涂布、烘干等过程。

浆料的前处理除气泡：

主要通过抽真空的方式降低浆料表面气体的气压，使浆料内的气体溢出。

过滤：

将浆料通过一定目数的过滤网或滤芯，去除浆料中的大颗粒，防止涂布时产生颗粒或划痕。

除铁：

除去浆料中的铁等磁性物质。

三、制造工艺,3.2涂布,面密度的控制辊涂：

刀口（gap）、转速比；

喷涂：

流量泵流量、gap。

三、制造工艺,3.2涂布,尺寸的控制辊涂：

通过胶辊（背辊backroll，喷涂设备背辊不包胶）的移动控制尺寸喷涂：

通过三通阀门转换开启控制尺寸。

Confidential,4/30/2023,Confidential,22,烘干,三、制造工艺,3.2涂布,定型阶段湿物料由流动状态变为不可流动状态的湿物料。

此阶段吹向物料表面的风速不能太高，以不改变其表面性能为准。

恒速干燥阶段此阶段中溶剂挥发速率保持恒定。

输入的热量主要用来蒸发溶剂，溶剂可以自由移动到表面边界层，并离开液体表面；

提高送风温度、送风量等都可提高干燥效率。

降速干燥阶段恒速干燥阶段进行到一定程度，由于溶剂移动到表面边界层的阻力增加，干燥效率开始下降，即进入降速干燥阶段。

在此阶段，涂层内部的质量传递，是决定干燥效率的主要因素。

Confidential,4/30/2023,Confidential,23,烘干,三、制造工艺,3.2涂布,对于极片这种多孔性物料，湿分主要是毛细管作用由内部向表面迁移，故随着溶剂的挥发将有其它物质随着溶剂向表面移动，造成极片烘烤时的不均匀性。

烘箱一般为上下加热的方式。

Confidential,4/30/2023,Confidential,24,产品控制：

涂布尺寸、面密度（厚度）、外观、对齐度、极片粘附力等设备：

刀口、涂布速度、各区张力、干燥温度、风速；

三、制造工艺,Confidential,4/30/2023,Confidential,25,目的：

通过对极片施加压力，使活性物质之间接触紧密，降低极片的厚度，减小离子和电子的迁移距离，并提高电池的体积容量密度。

原材料涂布后的极片。

过程在碾压时极片由轧辊与电池极片间产生的摩擦力拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形的过程。

三、制造工艺,3.3碾压,Confidential,4/30/2023,Confidential,26,原理,三、制造工艺,3.3碾压,碾压过程一般包含坍塌期、剧烈压缩期、受控反弹期和自由反弹期。

同样的碾压模式、轧辊材质相同的情况下，右视图中越小，约接近平压，极片延展越小，即极片的辊径越大，延展越小。

轧辊半径与咬入角的关系,Confidential,4/30/2023,Confidential,27,产品控制：

极片厚度、外观。

设备控制要点：

压力、辊缝张力、走带速度。

三、制造工艺,Confidential,4/30/2023,Confidential,28,目的：

将碾压后的的极片分切成预定宽度。

原材料碾压后的极片。

过程如右图所示，将极片由碾压后的大片分切为小片。

三、制造工艺,3.4分切,Confidential,4/30/2023,Confidential,29,原理,三、制造工艺,3.4分切,剪切力主要取决于咬入角、圆盘半径、剪刃重叠度、侧向间隙、极片厚度等。

对于分切机而言，可调的参数包含如下：

同一组刀使用相近的刀径的刀片、刀片打磨后对刀片的直径进行修正、组装刀时上下圆盘刀片间的刀刃重叠度和侧向间隙、分切刀前后的过辊高度（使极片垂直于刀片）。

Confidential,4/30/2023,Confidential,30,产品控制：

极片宽度、毛刺、边缘掉料、波浪边等；

设备控制：

分切张力、分切速度、分切刀片间宽度、分切时上下刀片啮合度等。

三、制造工艺,3.4分切,Confidential,4/30/2023,Confidential,31,目的：

焊接极耳，贴保护胶纸。

原材料分切后极片。

过程,三、制造工艺,3.5制片,Confidential,4/30/2023,Confidential,32,原理-超声焊接,三、制造工艺,3.5制片,1、超声波发生器；

2-换能器；

3-传振杆；

4-聚能器；

5-耦合杆；

6-上声极；

7-工件；

8-下声极；

9-电磁加压装置；

10-控制加压电源；

11-程控器；

12-电源,能量E=功率P时间T功率Power=压力Force振幅Amp压力F=气缸表面积空气压力机械影响焊接的主要因素为时间、振幅、压力,焊接时温度应当是金属熔点的1/3，对不同厚度的材料，要适当考虑此因素对设定功率的影响。

对铜箔、铝箔等材料，因为散热要快，所以对前者最好采取减小压力，增大振幅（最好使用分步STEP振幅法）来减小焊接时间，达到防止较长时间焊接，大量熔化金属，焊接效果不佳。

Confidential,4/30/2023,Confidential,33,原理-贴胶纸,三、制造工艺,3.5制片,一般正极贴6道胶纸，即正极耳处正反各一，涂布涂布起始和收尾位置各一道；

一般负极片极耳位置一道，卷绕后电芯中心位置两道。

如上图示。

阻止焊接毛刺,阻止焊接毛刺,1、防止铝箔与负极敷料处接触；

2、防止头尾涂布偏厚引起析锂,Confidential,1、极片裁切边缘及正极涂布起始位置胶纸完全保护；

2、极耳焊接送料采用伺服电机替代传统的气缸送料，提升极耳焊接定位；

3、极耳焊接位置增加感应器，可准确判断极耳焊接失效。

极耳送料机构,极耳焊接机构,异常判断感应器,制片工序,三、制造工艺,3.5制片,Confidential,4/30/2023,Confidential,35,目的：

将正、负极和隔膜按照工艺标准卷绕成电芯。

原材料制片后极片、隔膜、绿色终止胶。

过程,三、制造工艺,3.6卷绕,Confidential,4/30/2023,Confidential,36,原理,三、制造工艺,3.6卷绕,卷绕示意图如所示,Confidential,1、卷绕机自带隔膜除尘、隔膜防护、卷绕过程吸尘、极片裁切吸尘、去隔膜静电装置；

2、X-RAY检测卷芯对齐度不良、显微镜毛刺检测。

极片除尘装置,隔膜防护装置,隔膜除静电装置,X-ray测试,毛刺检测,三、制造工艺,3.6卷绕,Confidential,4/30/2023,Confidential,38,目的：

将卷芯装入膜壳，并进行顶封和侧封封装。

原材料卷芯、膜壳。

过程,三、制造工艺,3.7装配,Confidential,4/30/2023,Confidential,39,原理-封装,三、制造工艺,封装示意图如上，装配进行顶封和侧封封装，铝塑膜为尼龙层（ON）、铝层（AL）、CPP（聚丙烯）层三层符合而成，层之间经过粘合剂粘合在一起，封装时两层铝塑膜的CPP层熔融结合在一起，其中CPP熔化温度为158160。

3.7装配,CPP熔化温度约158160,40,原理-封装,三、制造工艺,3.7装配,113铝塑膜,极耳位置,在一定的压力下,通过适当的温度将铝包装膜的内层粘合在一起.1.压力:

确保封口处的两层Foil的内层充分接触；

2.温度和时间:

确保足够的热量将两层Foil的内层融合在一起。

一般封装温度不低于165,Confidential,41,三、制造工艺,3.7装配,原理-内腐蚀,正极+铝塑膜铝层：

OK负极+铝塑膜铝层：

NG铝塑膜破损：

NG,由于氧化还原电位的关系，正极与铝壳相连，有防止铝发生点蚀的作用，故对于铝塑膜而言，铝塑膜中的铝与正极相连不发生反应；

负极与铝塑膜中的铝相连，有形成铝锂合金的趋势，造成铝层的破坏，当PP层和尼龙层破坏后，将有电解液等溢出，造成漏液。

1、封头限位设计，确保封装厚度一致；

2、独立封装夹具，确保封装效果；

3、短路测试防呆设计，可判断接触是否完好，确保测试可靠性。

顶侧封,角位封,Hipot,三、制造工艺,3.7装配,Confidential,4/30/2023,Confidential,43,目的：

通过加热及置换高纯氮气除去极片中的水分，使烘烤后的极片水分含量达到工艺要求以内。

原材料极片或装配后电芯。

主要控制要点产品控制点：

卷芯含水量、烘烤后周转时间。

设备、环境控制点：

烘烤温度、烘烤时间、真空度、车间温湿度。

三、制造工艺,3.8烘烤,Confidential,4/30/2023,Confidential,44,控制极片水分；

采用真空恒温烘烤；

采用悬挂式烘烤模式，最大限度的降低了过程中极片的损伤；

三、制造工艺,3.8烘烤,Confidential,4/30/2023,Confidential,45,目的：

将电芯中注入预定量的电解液，并封口。

原材料烘烤后电芯。

过程主要控制要点产品控制点：

注液量、封印厚度、溶胶效果。

注液量、封印温度、封头平行度、封头对齐度、湿度、温度等。

三、制造工艺,3.9注液,Confidential,4/30/2023,Confidential,46,三、制造工艺,3.9注液,CPP熔化温度约158160,平封,齿纹封：

相比平封更不易漏液,郑州比克自动化提升工序介绍-自动注液,1、全自动注液称重机，设备自带电动泵（+/-0.01g）、电解液气泡排除系统；

2、数据管理系统，可追溯到每1PCS的注液量数据管理系统。

除气系统,自动称重,机械手转移,注液封装,注液工序,Confidential,4/30/2023,Confidential,48,目的：

采用阶梯式充电方式对电芯进行充电，对电池进行预充电，激活电池。

原材料注液陈化后电芯。

过程一般先小电流充电，形成SEI，在形成SEI的同时产生气体；

再大电流充电，缩短充电时间。

三、制造工艺,3.10预充,Confidential,4/30/2023,Confidential,49,原理,三、制造工艺,3.10预充,温控系统,压力控制,软件控制系统,三、制造工艺,3.10预充,Confidential,4/30/2023,Confidential,51,目的：

抽出电池中的气体及多余电解液，二次封装切除气囊使电池成型。

原材料预充后电芯。

过程电池经过二封、切折烫、扫码称重。

三、制造工艺,3.11二封和切折烫,Confidential,4/30/2023,Confidential,52,原理,三、制造工艺,3.11二封和切折烫,CPP熔化温度约158160,封装原理同顶封，上图浅绿的为二封封印。

Confidential,53,三、制造工艺,3.11二封和切折烫,主要控制要点产品控制点：

封印厚度、封印效果、封印尺寸、内未封区尺寸、存液量、外观、电芯厚度等；

设备环境控制点：

二封机封头温度、封头平行度、封头压力、封头对齐、压板压力、限位槽宽度和厚度、封装时间、真空保压时间、切边宽度等,Confidential,4/30/2023,Confidential,54,目的：

按照一定的充放电制度，测试电芯的放电容量。

原材料二封后的电芯。

过程及原理C:

恒流放电时,1h将电池的电量放光所对应的电流为1CA,分容时以标称容量对应的电流为1CA,例如,标称为2000mAh的电芯,1CA为2000mA,0.5CA为1000mA.影响容量的因素:

温度、充放电流、电池本身的容量、电芯的与测试点接触状况等。

容量、结束后电芯电压。

测试电流、电压、温度。

三、制造工艺,3.12分容,Confidential,4/30/2023,Confidential,55,目的：

测试电芯的电压、内阻和自放电速率；

高温老化SEI膜重组。

原材料二封后抽真空电芯。

过程,三、制造工艺,3.13OCV和老化,Confidential,4/30/2023,Confidential,56,三、制造工艺,3.14OCV和老化,自动上料,自动下料,自动判断,三、制造工艺,3.14OCV和老化,主要控制要点产品控制点：

电压、内阻、自放电等。

测试温度、老化时间、老化温度等,Confidential,谢谢大家！