锂离子电池工艺探.pptVIP

* 锂离子电池的工艺探讨 摘要：讨论了装配工艺因素对锂离子电池充放循环性能的影响；探索了锂离子电池正负极片的成型工艺及装配方法。 关键词：锂离子电池 、胶粘剂、循环寿命 1、影响锂离子电池性能的材料因素 ⑴负极碳材料 要达到高容量和良好循环性能,负极活性物质需具备如下特性:①吸藏的晶格要多,晶格吸藏区域也要多,晶体晶面要突出.②嵌入和脱嵌Li+的速度要快,锂离子扩散速度要高,即Li+嵌入和和脱嵌的阻力要小.③锂离子的嵌入、脱出的可逆性要高.④放电曲线平坦.⑤充放电过程稳定,反应过程中结构变化小. 负电极具有①～ ④特性,才能获得高的比容量.为了获得好的循环性能,则负极活性物质具有③⑤特性是很重要的. ⑵正极活性物质 选择正极活性物质需注意两点:①对于Li+反复脱嵌和嵌入要有结构的稳定性,即单位晶胞系数只发生 很小变化,确保良好的可逆性. ②比容量高,循环特性好,易制造,成本较低. 目前成熟应用于锂离子电池的只有CiCoO2,而LiMn2O4、LiCo0、Ni0.8O2正处于试用研究阶段,LiMn2O4虽然目前放电比容量较低,但成本也较低,而且国外有人研究通过将LiMn2O4中的部分氧用氟置换来提高其容量和循环性能. ⑶有机电解液和专用隔膜 选择电池电解液和专用隔膜要点如下:①电解液有高的锂离子导电性(电导率需大于0.07Ω-1cm-1).②电解液在电池中的热力学、化学和电化学稳定性要好,在一定电压(4.3V)限度下分解极少,有利于充放电循环性能.③隔膜既然要耐有机电解液,又要耐张紧力的机械强度,还要厚薄适中,并阻止电极间微粒子的穿透 (其最大孔径在1μm以下),最好能满足在防止短路,过充电中起热保险作用的要求.便如Celgard2300 PP/PE/ PP三层膜(厚22-25μm),就可满足上述要求. 2、正负极片最佳成型工艺的控讨 ⑴正、负极片的最佳成型方法 宜用混合粉液的涂布法.常温下对混合物(活性物质+导电剂+胶粘剂)高速搅拌(高速分散或乳化剪切或球磨)→涂膜→干燥→熔融粘结→辊压极片→分切极片→焊接正(负)极耳(集电体). ⑵ 正负极的选材 正极选用LiCoO2(比利时)或LiCo0Ni0.8O2(德国).经测试, LiCoO2实际比容量可达115～120mAh/g,而LiCo0Ni0.8O2的理论比容量达180mAh/g.负电极可选用日本 的MCMB,其实际比容量达300-320mAh/g,还可用改性石墨(表面修饰石墨),如中科院成都有机所的高密度碳粉MG303,其比容量可达290-320mAh/g. ⑶胶粘剂材料的选择 胶粘剂格料选用品种如下: ①有机氟粘合剂(PVDF、F24等）。②水容性粘合剂。如中科院成都有机所的Y-2粘合剂，用乙醇+纯水作稀释剂，从成本与环保方面考虑，它颇具发展竞争力。 PVDF的特性:PVDF的分子量越大,则粘合力越强,若分子量增加到50000,则粘合力增加一倍.它的热稳定性数值高达375℃-400℃,热处理收缩率较小(3%),柔软性值为70，电阻率≥1014Ωcm,熔融温度170℃,软化温度166℃,在DMC中溶胀饱和度为7%,化学稳定性好. 综观特性,PVDF比较适合用作负极粘合剂,PVDF和F24比较适合作正电极粘合剂. ⑷胶粘剂的配制 在实践上,PVDF与NMP相互作用形成胶粘剂对涂膜有较强附着力,但要讲究配制技巧. 使用NMP(N-甲基吡咯烷酮）作溶剂配制PVDF粘合剂,持续加热搅拌.注意:①配制时宜用60℃-40℃,色不能超地此温度,即配即用于涂膜,不宜久放,同样涂好的极片也不宜存放过久才装配.②PVDF要很纯,NMP也不能含杂质, ω(H2O)10-4.配置PVDF胶粘剂时,如果PVDF和NMP含杂质,在高温下,会加速PVDF的脱HF反应而形成不饱和聚合物,PVDF就易被氧化、降解,从而使电池的循环性能变 ⑸正、负极涂料中胶粘剂的用量 正极、负极涂膜的混料中所用的胶粘剂含量对放电容量和循环寿命(循环容降率)均有重大的影响.①当胶粘剂占粉料的比例较小时(当然在确保粘合效果的前提条件下),电极活性物质利用率就会高些,起始放电容量就高,但循环容降率会大.②当胶粘剂占粉料的比例较大时,电极活性物质利用率就低,起始放电容量就低,但循环容降率就会小.因此要妥善解决新电的容量与循环容降率两者的矛盾,必须通过对经法选准粘合剂所占的恰当比例. ⑹涂膜工艺条件对粉料粘合力的影响 涂膜后要确保在充放循环中不掉粉粒、不溶胀脱粉,成膜结构不会被破坏.经实验探索,确定涂膜的最佳环境是:25℃±2℃、40%-50%的相对湿度、防尘.加热 要均匀,要准确地控制烘片的温度, 时间