鋰離子電池基本原理和工藝流程介紹課件

大家好電池制造技術(shù)基礎(chǔ)教材-----鋰離子電池基本工藝流程介紹BinShuBM-PRJ-Dept03/25/20087/28/2023ATLConfidential課程簡介PartA：基本常識與常用術(shù)語、縮寫PartB：迭片工藝的主要工藝流程介紹PartC：卷繞工藝主要工藝流程介紹7/28/2023ATLConfidentialPartA：基本常識與常用術(shù)語、縮寫7/28/2023ATLConfidential鋰離子電池基本組成部分鋰離子電池鋰離子電芯：Cell保護電路：PCB……陰極：Cathode陽極：Anode隔離膜：Separator電解液：Electrolyte包裝：Packingfoil7/28/2023ATLConfidential陰極Cathode

Cathode陰極鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰陰極活性物質(zhì)導(dǎo)電碳黑電子導(dǎo)電粘結(jié)劑粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化劑，經(jīng)萃取可造孔丙酮溶劑正極集流體Al箔（Al網(wǎng)）集流體導(dǎo)電碳黑（迭片特有）電子導(dǎo)電粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)膜片和集流體溶劑

7/28/2023ATLConfidential

Anode陽極MCMB或石墨陰極活性物質(zhì)導(dǎo)電碳黑電子導(dǎo)電粘結(jié)劑粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化劑，經(jīng)萃取可造孔丙酮溶劑陽極Anode

負(fù)極集流體Cu箔（Cu網(wǎng)）集流體導(dǎo)電碳黑（迭片特有）電子導(dǎo)電粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)膜片和集流體溶劑

7/28/2023ATLConfidential

Separator隔離膜PE、PP、PET……骨架，使隔離膜具有一定的強度粘結(jié)劑（迭片特有）粘結(jié)塑化劑（迭片特有）塑化丙酮溶劑Electrolyte電解液

六氟磷酸鋰電解質(zhì)鹽，離子導(dǎo)電PC、EC、DEC……溶劑，溶解電解質(zhì)鹽Packingfoil包裝鋁箔PP熱封層，熱熔粘結(jié)達到密封作用鋁防水，主要保護層，防水、隔絕空氣尼龍鋁保護層隔離膜、電解液、包裝材料7/28/2023ATLConfidential內(nèi)部稱謂膜片：迭片工藝特有，Coating生產(chǎn)出來得半成品，組分是陰陽極粉料和輔料極片：陰極/陽極活性材料與集流體組合成的半成品Bi-Cell：迭片工藝在平壓后由陰極、陽極、隔離膜組成的單體電芯裸電芯：焊接工序成品稱謂，電芯除包裝鋁箔和電解液部分總稱。卷繞工藝中卷繞后的半成品也稱裸電芯7/28/2023ATLConfidentialCC:

恒流充電（ConstantCurrent:恒定電流的充電過程）CV:

恒壓充電(ConstantVoltage:恒定電壓的充電過程）Capacity：容量(電流與時間的積分)Rate：放電“倍率”習(xí)慣用C表示。“倍率”放電是我們的習(xí)慣說法，如：0.2C放電-----放電時間t=1/0.2=5小時，放電電流I=電池容量*0.2A0.5C放電-----放電時間t=1/0.5=2小時，放電電流I=電池容量*0.5A1C放電-----放電時間t=1/1=1小時，放電電流I=電池容量*1A2C放電-----放電時間t=1/2=0.5小時，放電電流I=電池容量*2A0.2C、0.5C、1C、2C充電也是類似的意思。常用術(shù)語7/28/2023ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用7/28/2023ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用7/28/2023ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體產(chǎn)品ATL電芯應(yīng)用7/28/2023ATLConfidential圖片僅為模型，不代表具體商品ATL電芯應(yīng)用7/28/2023ATLConfidentialATL電芯應(yīng)用圖片僅為模型，不代表具體商品7/28/2023ATLConfidentialPartB：迭片工藝的主要工藝流程介紹7/28/2023ATLConfidentialLi離子電芯核心制造工藝分為：迭片工藝和卷繞工藝制造工藝分類兩種工藝的主要區(qū)別和工藝名稱來源：極片裝配方式的區(qū)別由此兩種基礎(chǔ)工藝衍生出許多分支工藝（ATL內(nèi)部工藝）P1、P2、P1B、P2C---------迭片工藝M6S、M6P、M6C---------卷繞工藝7/28/2023ATLConfidential迭片工藝（Stacking）ATL內(nèi)部稱為P1工藝。迭片工藝是將陰極、陽極、隔離膜切成小片疊片壓合成小電芯單體（內(nèi)部稱為Bi-cell），然后將Bi-cell疊放并聯(lián)起來組成一個大電芯的一種Li離子電芯制造工藝。迭片工藝的定義單層Bi-cell疊片過程演示單面陽極隔離膜單面陰極Bi-Cell7/28/2023ATLConfidential迭片工藝示意圖雙層Bi-cell疊片過程演示雙面陽極7/28/2023ATLConfidential迭片工藝示意圖7/28/2023ATLConfidentialP1工序流程圖（Mainprocess）迭片工藝的主要工序流程圖攪拌（Mixing）涂布（Coating）分切（Slitting）連續(xù)輥壓（LamI）模切（ModuleCutting）疊片（Stacking）平壓（LamII）萃取（Extraction）焊接（Welding）頂封（TopSealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）測試7/28/2023ATLConfidential迭片工藝物料形態(tài)流程圖7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---MixingMixing示意圖Mixing（攪拌）工序功能：將陰極或者陽極粉料以及其他配料混合均勻，并調(diào)制成漿?；旌项^高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力，液體和固體被吸入離心力使材料在混合頭中進行圓周運動材料從混合頭甩出材料在攪拌罐繼續(xù)運動，進入下一個攪拌循環(huán)7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Mixing7/28/2023ATLConfidentialCoating（涂布）工序功能：將漿料連續(xù)、均勻地涂覆在傳送Mylar的表面，烘干，分別制成陰陽極的膜片。迭片工藝的主要工藝流程

---Coating原理：涂輥轉(zhuǎn)動帶動漿料，通過調(diào)整刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥或涂輥的轉(zhuǎn)動將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，按工藝要求，控制涂布層的厚度以達到重量要求，同時，通過干燥加熱除去平鋪于基材上的漿料中的溶劑，使固體物質(zhì)很好地粘結(jié)于基材上。7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---CoatingCoating示意圖7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Coating7/28/2023ATLConfidentialLamⅠ（連續(xù)輥壓）工序功能：將膜片與集流體通過高溫、壓力，勻速的壓制成極片卷，同時將之壓實，達到合適的密度和厚度。迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅠ原理：在膜片與極流體漿料中含有一定量的PVDF粘結(jié)劑，在加熱和加壓的條件下膜片和極片粘合在一起7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅠ7/28/2023ATLConfidentialStacking（疊片）工序功能：通過手工或夾具將陰極極片、隔離膜片、陽極極片規(guī)則地重疊在一起。迭片工藝的主要工藝流程

---Stacking雙層Bi-cell疊片過程演示7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---手工疊片7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---夾具疊片7/28/2023ATLConfidentialLamⅡ（平壓）工序功能：將陰極極片、陽極極片、隔離膜通過加溫壓制成Bi-cell。

迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅡ原理：與LamⅠ類似，通過極片（主要是膜片）、隔離膜上含有的一定量的PVDF粘結(jié)劑，在加熱和加壓的條件下陰極極片、隔離膜、陽極極片粘結(jié)在一起7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---LamⅡ7/28/2023ATLConfidentialExtraction（萃取）工序功能：萃取就是通過萃?。ㄒ话銥榧状迹┤芤簩i-Cell里面的塑化劑（DBP：鄰苯二鉀酸二丁脂，又稱造孔劑）萃取出來，原來塑化劑所在的地方就形成小孔，有利于Li+順暢通過，以及電解液駐扎在里面。迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction原理：與化學(xué)萃取的原理相同，利用塑化劑在萃取液（甲醇）中良好的溶解性，以及其他材料不溶于萃取劑的特性，萃取劑浸泡Bi-cell，同時加熱，使塑化劑溶解在萃取液中，達到造孔的目的7/28/2023ATLConfidentialNoextraction（treated）Extracted（treated）SEMimagesofSeparator（NoextractionVSExtraction）迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Extraction7/28/2023ATLConfidentialWelding（焊接）工序功能：將多個Bi-cell和Al、NiTab一起焊接成為裸電芯迭片工藝的主要工藝流程

---Welding原理：超聲波焊接利用超聲頻率（超過16KHZ）的機械振動能量在靜壓力的共同作用下，將彈性振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及隨后有限的溫升，從而達到連接異種金屬的目的。7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Welding切去多余的極耳焊接焊接后的裸電芯7/28/2023ATLConfidentialTopsealing（頂封）工序功能：將裸電芯包上包裝鋁箔，對頂部和側(cè)邊進行熱封裝迭片工藝的主要工藝流程

---Topsealing原理：包裝鋁箔分3層（尼龍層、鋁層、PP層），封裝時通過加熱使PP溶化，同時加壓（封頭壓合）使兩層包裝鋁箔粘合在一起，達到封裝的目的7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Topsealing7/28/2023ATLConfidentialInject（注液）工序功能：將電解液加入到電芯中，并將電芯完全封住環(huán)境要求：電芯注液前要進行除水，關(guān)注過程要求低濕度原理：水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有非常大的影響，滿充狀態(tài)的陽極與鋰金屬性質(zhì)相近，可以直接與水發(fā)生反應(yīng)。因此，在鋰離子電池的制作過程中必須嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度和正負(fù)極材料、電解液的含水量。迭片工藝的主要工藝流程

---Inject7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Inject7/28/2023ATLConfidential化成工序功能：通過充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，同時在陽極表面形成良好的SEI膜。原理：鋰電芯的化成是電池的初使化,使電芯的活性物質(zhì)激活，即是一個能量轉(zhuǎn)換的過程。鋰電芯的化成是一個非常復(fù)雜的過程，同時也是影響電池性能很重要的一道工序，因為在Li+第一次充電時，Li+第一次插入到石墨中，會在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),在電池首次充電過程中不可避免地要在碳負(fù)極與電解液的相界面上、形成覆蓋在碳電極表面的鈍化薄層，人們稱之為固體電解質(zhì)相界面或稱SEI膜(SOLIDELECTROLYTEINTERFACE）迭片工藝的主要工藝流程

---Formation7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Formation7/28/2023ATLConfidentialForming（成型）工序功能：將電芯外型作最后加工迭片工藝的主要工藝流程

---FormingDegassingBaking切邊折邊釋放化成產(chǎn)生的氣體高溫老化切去氣袋和多余的側(cè)邊將側(cè)邊折起，完成電芯最終外形7/28/2023ATLConfidential迭片工藝的主要工藝流程

---Forming7/28/2023ATLConfidentialPart3：卷繞工藝的主要工藝流程介紹7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝工序流程圖（Mainprocess）卷繞工藝的主要工序流程圖攪拌（Mixing）涂布（Coating）冷壓（ColdLam）裁片分條（Slitting）焊接（Welding）卷繞（Winding）頂封（Topsealing）注液（Inject）化成（Formation）成型（Forming）測試7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---物料形態(tài)流程圖7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---MixingMixing示意圖Mixing（攪拌）---與迭片工藝基本相同工序功能：將陰極或者陽極粉料以及其他配料混合均勻，并調(diào)制成漿。混合頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生吸力，液體和固體被吸入。離心力使材料在混合頭中進行圓周運動材料從混合頭甩出材料在攪拌罐繼續(xù)運動，進入下一個攪拌循環(huán)7/28/2023ATLConfidentialCoating（涂布）---與迭片原理相同，方法不同工序功能：將漿料間歇、均勻地涂覆在傳送集流體的表面，烘干，分別制成陰陽極的極片卷。卷繞工藝的主要工藝流程

---Coating原理：涂輥轉(zhuǎn)動帶動漿料，通過調(diào)整刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥或涂輥的轉(zhuǎn)動將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，按工藝要求，控制涂布層的厚度以達到重量要求，同時，通過干燥加熱除去平鋪于基材上的漿料中的溶劑，使固體物質(zhì)很好地粘結(jié)于基材上。7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Coating7/28/2023ATLConfidentialColdLam

（冷壓）工序功能：將Coating后的極片壓實，達到合適的密度和厚度卷繞工藝的主要工藝流程

---ColdLam原理：通過調(diào)節(jié)壓輥的間隙以調(diào)節(jié)壓力，從而調(diào)節(jié)極片被壓實的厚度和密度7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---ColdLam7/28/2023ATLConfidentialCutting（裁片、分條）工序功能：將冷壓后的極片卷，先裁成大片，然后分成所需要的小條陰陽極極片卷繞工藝的主要工藝流程

---Cutting7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Cutting7/28/2023ATLConfidentialWinding（卷繞）工序功能：小條陰陽極極片、隔離膜卷繞組合成裸電芯卷繞工藝的主要工藝流程

---Winding7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Winding7/28/2023ATLConfidentialTopsealing（頂封）---與迭片工藝相同工序功能：將裸電芯包上包裝鋁箔，對頂部和側(cè)邊進行熱封裝卷繞工藝的主要工藝流程

---Topsealing原理：包裝鋁箔分3層（尼龍層、鋁層、PP層），封裝時通過加熱使PP溶化，同時加壓（封頭壓合）使兩層包裝鋁箔粘合在一起，達到封裝的目的7/28/2023ATLConfidential卷繞工藝的主要工藝流程

---Topsealing7/28/2023ATLConfidentialInject（注液）---與迭片工藝基本相同工序功能：將電解液加入到電芯中，并將電芯完全封住環(huán)境要求：電芯注液前要進行除水，注液過程要求低濕度原理：水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有非常大的影響，滿充狀態(tài)的陽極與鋰金屬性質(zhì)相近，可以直接與水發(fā)生反