锂离子电池基本原理和工艺流程介绍ppt课件.ppt

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1、12/23/2022,ATL Confidential,电池制造技术基础教材-锂离子电池基本工艺流程介绍,12/23/2022,ATL Confidential,课程简介,Part A：基本常识与常用术语、缩写Part B：迭片工艺的主要工艺流程介绍Part C：卷绕工艺主要工艺流程介绍,12/23/2022,ATL Confidential,Part A：基本常识与常用术语、缩写,12/23/2022,ATL Confidential,锂离子电池基本组成部分,锂离子电池,锂离子电芯：Cell,保护电路：PCB ,阴极：Cathode,阳极：Anode,隔离膜：Separator,电解液：El

2、ectrolyte,包装：Packing foil,12/23/2022,ATL Confidential,阴极Cathode,12/23/2022,ATL Confidential,阳极Anode,12/23/2022,ATL Confidential,隔离膜、电解液、包装材料,12/23/2022,ATL Confidential,内部称谓,膜片：迭片工艺特有， Coating生产出来得半成品，组分是阴阳极粉料和辅料极片：阴极/阳极活性材料与集流体组合成的半成品Bi-Cell：迭片工艺在平压后由阴极、阳极、隔离膜组成的单体电芯裸电芯：焊接工序成品称谓，电芯除包装铝箔和电解液部分总称。卷绕工

3、艺中卷绕后的半成品也称裸电芯,12/23/2022,ATL Confidential,CC: 恒流充电 （Constant Current: 恒定电流的充电过程）CV: 恒压充电 (Constant Voltage: 恒定电压的充电过程）Capacity：容量(电流与时间的积分)Rate：放电“倍率”习惯用C表示。“倍率”放电是我们的习惯说法，如：0.2C放电 - 放电时间t=1/0.2=5小时，放电电流I=电池容量*0.2A0.5C放电 - 放电时间t=1/0.5=2小时，放电电流I=电池容量*0.5A1C放电 - 放电时间t=1/1=1小时，放电电流I=电池容量*1A2C放电 - 放电时间

4、t=1/2=0.5小时，放电电流I=电池容量*2A0.2C、0.5C、1C、2C充电也是类似的意思。,常用术语,12/23/2022,ATL Confidential,ATL 电芯应用,12/23/2022,ATL Confidential,ATL 电芯应用,12/23/2022,ATL Confidential,ATL 电芯应用,12/23/2022,ATL Confidential,ATL 电芯应用,12/23/2022,ATL Confidential,ATL 电芯应用,12/23/2022,ATL Confidential,Part B：迭片工艺的主要工艺流程介绍,12/23/2022

5、,ATL Confidential,Li离子电芯核心制造工艺分为：迭片工艺和卷绕工艺,制造工艺分类,两种工艺的主要区别和工艺名称来源：极片装配方式的区别,由此两种基础工艺衍生出许多分支工艺（ATL 内部工艺）P1、P2、P1B、P2C-迭片工艺M6S、M6P、M6C-卷绕工艺,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺（Stacking）ATL内部称为P1工艺。迭片工艺是将阴极、阳极、隔离膜切成小片叠片压合成小电芯单体（内部称为Bi-cell），然后将Bi-cell叠放并联起来组成一个大电芯的一种Li离子电芯制造工艺。,迭片工艺的定义,单层Bi-cell 叠片过程演示,单

6、面阳极,隔离膜,单面阴极,Bi-Cell,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺示意图,双层Bi-cell 叠片过程演示,双面阳极,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺示意图,12/23/2022,ATL Confidential,P1 工序流程图（Main process）,迭片工艺的主要工序流程图,搅拌（Mixing）,涂布（Coating）,分切（Slitting）,连续辊压（Lam I）,模切（Module Cutting）,叠片（Stacking）,平压（ Lam II）,萃取（ Extraction）,焊接（ Welding）,

7、顶封（ Top Sealing）,注液（ Inject）,化成（ Formation）,成型（ Forming）,测试,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺物料形态流程图,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程-Mixing,Mixing示意图,Mixing （搅拌）工序功能：将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀，并调制成浆。,混合头高速旋转产生吸力，液体和固体被吸入,离心力使材料在混合头中进行圆周运动,材料从混合头甩出,材料在搅拌罐继续运动，进入下一个搅拌循环,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工

8、艺的主要工艺流程-Mixing,12/23/2022,ATL Confidential,Coating （涂布）工序功能：将浆料连续、均匀地涂覆在传送Mylar的表面，烘干，分别制成阴阳极的膜片。,迭片工艺的主要工艺流程-Coating,原理：涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上，按工艺要求，控制涂布层的厚度以达到重量要求，同时，通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质很好地粘结于基材上。,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程-Coating,Coating示意图,12/23/202

9、2,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程-Coating,12/23/2022,ATL Confidential,Lam （连续辊压）工序功能：将膜片与集流体通过高温、压力，匀速的压制成极片卷，同时将之压实，达到合适的密度和厚度。,迭片工艺的主要工艺流程- Lam ,原理：在膜片与极流体浆料中含有一定量的PVDF粘结剂，在加热和加压的条件下膜片和极片粘合在一起,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Lam ,12/23/2022,ATL Confidential,Stacking（叠片）工序功能：通过手工或夹具将阴极极片、隔离膜片

10、、阳极极片规则地重叠在一起。,迭片工艺的主要工艺流程- Stacking,双层Bi-cell 叠片过程演示,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- 手工叠片,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- 夹具叠片,12/23/2022,ATL Confidential,Lam （平压）工序功能：将阴极极片、阳极极片、隔离膜通过加温压制成Bi-cell。,迭片工艺的主要工艺流程- Lam ,原理：与Lam 类似，通过极片（主要是膜片）、隔离膜上含有的一定量的PVDF粘结剂，在加热和加压的条件下阴极极片、隔离膜、阳极极片

11、粘结在一起,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Lam ,12/23/2022,ATL Confidential,Extraction（萃取）工序功能：萃取就是通过萃取（一般为甲醇）溶液将Bi-Cell里面的塑化剂（DBP：邻苯二钾酸二丁脂，又称造孔剂）萃取出来，原来塑化剂所在的地方就形成小孔，有利于Li+顺畅通过，以及电解液驻扎在里面。,迭片工艺的主要工艺流程- Extraction,原理：与化学萃取的原理相同，利用塑化剂在萃取液（甲醇）中良好的溶解性，以及其他材料不溶于萃取剂的特性，萃取剂浸泡Bi-cell，同时加热，使塑化剂溶解在萃取液中，达

12、到造孔的目的,12/23/2022,ATL Confidential,No extraction（treated）,Extracted（treated）,SEM images of Separator （ No extraction VS Extraction）,迭片工艺的主要工艺流程- Extraction,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Extraction,12/23/2022,ATL Confidential,Welding（焊接）工序功能：将多个Bi-cell和Al、Ni Tab一起焊接成为裸电芯,迭片工艺的主要工艺流程- Weldi

13、ng,原理：超声波焊接利用超声频率（超过 16KH Z）的机械振动能量在静压力的共同作用下，将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及随后有限的温升，从而达到连接异种金属的目的。,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Welding,切去多余的极耳,焊接,焊接后的裸电芯,12/23/2022,ATL Confidential,Top sealing（顶封）工序功能：将裸电芯包上包装铝箔，对顶部和侧边进行热封装,迭片工艺的主要工艺流程- Top sealing,原理：包装铝箔分3层（尼龙层、铝层、PP层），封装时通过加热使PP溶化，同时加压（封头压合

14、）使两层包装铝箔粘合在一起，达到封装的目的,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Top sealing,12/23/2022,ATL Confidential,Inject（注液）工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：电芯注液前要进行除水，关注过程要求低湿度原理：水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响，满充状态的阳极与锂金属性质相近，可以直接与水发生反应。因此，在锂离子电池的制作过程中必须严格控制环境的湿度和正负极材料、电解液的含水量。,迭片工艺的主要工艺流程- Inject,12/23/

15、2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Inject,12/23/2022,ATL Confidential,化成工序功能：通过充放电方式将其内部正负极物质激活，同时在阳极表面形成良好的SEI膜。原理：锂电芯的化成是电池的初使化,使电芯的活性物质激活，即是一个能量转换的过程。锂电芯的化成是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能很重要的一道工序，因为在Li+第一次充电时，Li+第一次插入到石墨中，会在电池内发生电化学反应, 在电池首次充电过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上、形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层，人们称之为固体电解质相界面或称SEI膜(SOLID

16、 ELECTROLYTE INTERFACE）,迭片工艺的主要工艺流程- Formation,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Formation,12/23/2022,ATL Confidential,Forming（成型）工序功能：将电芯外型作最后加工,迭片工艺的主要工艺流程- Forming,Degassing,Baking,切边,折边,释放化成产生的气体,高温老化,切去气袋和多余的侧边,将侧边折起，完成电芯最终外形,12/23/2022,ATL Confidential,迭片工艺的主要工艺流程- Forming,12/23/2022,AT

17、L Confidential,Part3：卷绕工艺的主要工艺流程介绍,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺工序流程图（Main process）,卷绕工艺的主要工序流程图,搅拌（Mixing）,涂布（Coating）,冷压（Cold Lam）,裁片分条（ Slitting ）,焊接（ Welding）,卷绕（Winding）,顶封（ Top sealing）,注液（ Inject）,化成（ Formation）,成型（ Forming）,测试,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程-物料形态流程图,12/23/2022,ATL

18、 Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程-Mixing,Mixing示意图,Mixing （搅拌）-与迭片工艺基本相同工序功能：将阴极或者阳极粉料以及其他配料混合均匀，并调制成浆。,混合头高速旋转产生吸力，液体和固体被吸入。,离心力使材料在混合头中进行圆周运动,材料从混合头甩出,材料在搅拌罐继续运动，进入下一个搅拌循环,12/23/2022,ATL Confidential,Coating （涂布）-与迭片原理相同，方法不同工序功能：将浆料间歇、均匀地涂覆在传送集流体的表面，烘干，分别制成阴阳极的极片卷。,卷绕工艺的主要工艺流程-Coating,原理：涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间

19、隙来调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上，按工艺要求，控制涂布层的厚度以达到重量要求，同时，通过干燥加热除去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质很好地粘结于基材上。,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程-Coating,12/23/2022,ATL Confidential,Cold Lam （冷压）工序功能：将Coating后的极片压实，达到合适的密度和厚度,卷绕工艺的主要工艺流程-Cold Lam,原理：通过调节压辊的间隙以调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工

20、艺的主要工艺流程-Cold Lam,12/23/2022,ATL Confidential,Cutting（裁片、分条）工序功能：将冷压后的极片卷，先裁成大片，然后分成所需要的小条阴阳极极片,卷绕工艺的主要工艺流程-Cutting,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程-Cutting,12/23/2022,ATL Confidential,Winding（卷绕）工序功能：小条阴阳极极片、隔离膜卷绕组合成裸电芯,卷绕工艺的主要工艺流程-Winding,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程-Winding,12/2

21、3/2022,ATL Confidential,Top sealing（顶封）-与迭片工艺相同工序功能：将裸电芯包上包装铝箔，对顶部和侧边进行热封装,卷绕工艺的主要工艺流程- Top sealing,原理：包装铝箔分3层（尼龙层、铝层、PP层），封装时通过加热使PP溶化，同时加压（封头压合）使两层包装铝箔粘合在一起，达到封装的目的,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程- Top sealing,12/23/2022,ATL Confidential,Inject（注液）-与迭片工艺基本相同工序功能：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住环境要求：电芯注

22、液前要进行除水，注液过程要求低湿度原理：水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响，满充状态的阳极与锂金属性质相近，可以直接与水发生反应。因此，在锂离子电池的制作过程中必须严格控制环境的湿度和正负极材料、电解液的含水量。,卷绕工艺的主要工艺流程- Inject,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程- Inject,12/23/2022,ATL Confidential,Formation(化成）-与迭片工艺原理相同工序功能：通过充电的方式将其内部正负极物质激活，同时在阳极表面形成良好的SEI膜。化成流程对比： M6S

23、 Formation（Normal） 0.05C CC to 3.4V 0.1C CC to 3.95V; P1 Formation:（Normal） 0.1C CC to 3.4V 0.5C CC to 4.2V CV to 0.05C DC to 3.0V 0.5C CC to 4.2V CV to 0.05C ,卷绕工艺的主要工艺流程- Formation,12/23/2022,ATL Confidential,P1与M6S化成的化成曲线对比,卷绕工艺的主要工艺流程- Formation,12/23/2022,ATL Confidential,Forming（成型）工序功能：将电芯外型作最后加工,卷绕工艺的主要工艺流程- Forming,Degassing,Baking,切边,折边,释放化成产生的气体,高温老化,切去气袋和多余的侧边,将侧边折起，完成电芯最终外形,12/23/2022,ATL Confidential,卷绕工艺的主要工艺流程- Forming,12/23/2022,ATL Confidential,The end ！Any questions？,