手機電池制造知識
Prepared by Alina Ma
目錄
鋰離子電池的概述
鋰離子電池工作原理
鋰離子電池的結構
鋰離子電池生產流程
鋰離子電池的特點
鋰離子電池常用特性
電池不良項目及成因
鋰離子電池概述
锂离子二次电池是在研究锂二次电池的基础上发锂离子二次电池是在研究锂二次电池的基础上发
展起来的。由于锂电池在充电时锂枝晶的出现,展起来的。由于锂电池在充电时锂枝晶的出现,
易造成隔膜刺破引起短路,出现电池爆炸等安全易造成隔膜刺破引起短路,出现电池爆炸等安全
问题,长期困扰锂二次电池的研究进展。采用嵌问题,长期困扰锂二次电池的研究进展。采用嵌
锂的化合物作电极后,电池在充放过程中仅仅靠锂的化合物作电极后,电池在充放过程中仅仅靠
锂离子在两极之间的转移,避免了锂枝晶的出现,锂离子在两极之间的转移,避免了锂枝晶的出现,
使安全问题、循环寿命短的问题得到基本解决。使安全问题、循环寿命短的问题得到基本解决。
目前,锂离子二次电池所采用的负极材料的碳,目前,锂离子二次电池所采用的负极材料的碳,
正极是嵌锂的金属氧化物,电解液是由无机盐正极是嵌锂的金属氧化物,电解液是由无机盐
LiPF6LiPF6溶于有机溶剂所组成。溶于有机溶剂所组成。
電池工作原理
鋰鋰離離子子電電池的正池的正負極負極均均採採用可供用可供鋰鋰離離子自由子自由脫脫嵌的活性物嵌的活性物
質質,,當電當電池充池充電時電時鋰鋰離離子子從從正正極進極進入溶液入溶液轉轉到到負極負極中去。中去。
放放電時電時鋰鋰離離子又子又從負極進從負極進入溶液入溶液轉轉到正到正極極。。鋰鋰離離子子進進入入電電
極極的的過過程中叫嵌入程中叫嵌入;;從電極從電極出出來來的的過過程叫程叫脫脫嵌。充放嵌。充放電時電時
離離子的往返的嵌入和子的往返的嵌入和脫脫嵌正像嵌正像搖搖椅一椅一樣搖來搖樣搖來搖去,故有人去,故有人
稱稱鋰鋰離離子子電電池池為為““搖搖椅椅電電池池””。其化。其化學學反反應應方程式方程式為為::
正極
LiCoO2-------> Li1-xCoO2 +
xLi+ + xe-
負極 6C + xLi+ + xe- ------->LixC6
全反應
6C + LiCoO2------->LixC6 + Li1
-xCoO2
鋰離子電池的結構
11、、正极:电池反应的主体,主要反应物质为正极:电池反应的主体,主要反应物质为LiCoO2LiCoO2,正极片,正极片
是由是由LiCoO2LiCoO2粉末调成膏体状涂覆在铝箔上烘干而成。粉末调成膏体状涂覆在铝箔上烘干而成。
22、负极:与正极匹配成为电池反应的主体,主要反应物质为、负极:与正极匹配成为电池反应的主体,主要反应物质为CC
,负极片是由石墨粉末调成膏体状涂覆在铜箔上烘干而成。,负极片是由石墨粉末调成膏体状涂覆在铜箔上烘干而成。
33、隔膜纸:置于正极与负极之间起隔离作用,主要是防止正、隔膜纸:置于正极与负极之间起隔离作用,主要是防止正
极与负极直接接触而导致电池内部短路。现在的所采用的极与负极直接接触而导致电池内部短路。现在的所采用的
隔膜纸一般为隔膜纸一般为PE/PPPE/PP多层微孔薄膜。多层微孔薄膜。
44、电解液:电池反应过程中作锂离子来回移动的载体,一般、电解液:电池反应过程中作锂离子来回移动的载体,一般
采用采用LiPF6LiPF6作电解质溶解于作电解质溶解于EC/DMC/EMCEC/DMC/EMC等酯类物质中而等酯类物质中而
形成的有机电解液。形成的有机电解液。
55、五金配件:主要包括钢壳、盖板等。、五金配件:主要包括钢壳、盖板等。
钢(铝)壳:电池电化学反应系统的容器。钢(铝)壳:电池电化学反应系统的容器。
盖板:在整个电池系统中起密封和输出电流的作用。盖板:在整个电池系统中起密封和输出电流的作用。
鋰離子電池的結構
生產流程
分容分容
激光焊接激光焊接裝裝配配
卷卷繞繞烘烤小片烘烤小片制片制片
配料配料 塗塗布布進進料料檢驗檢驗
清洗清洗
封口封口注液注液 化成化成
電電芯烘烤芯烘烤
入入庫庫
原材料進料檢驗
電電池容量的池容量的發揮發揮靠化靠化學學材料。材料。現現重重點點介介紹紹化化學學材料的材料的進進料料
檢驗檢驗..
化化學學材料包括:正材料包括:正極極材料,材料,負極負極材料,材料,電電解液,解液,導電劑導電劑、、
溶溶劑劑、粘合、粘合劑劑、增稠、增稠劑劑。。
正正極極材料(活性物材料(活性物質質)指的是:)指的是:鈷鈷酸酸鋰鋰、、鎳鎳酸酸鋰鋰、、錳錳酸酸鋰鋰,,
現現在常用的是在常用的是鈷鈷酸酸鋰鋰。。
負極負極材料指的是:石墨、炭粉材料指的是:石墨、炭粉
電電解液指的是:六氟磷酸解液指的是:六氟磷酸鋰鋰
導電劑導電劑一般是指一般是指導電導電石墨,如石墨,如;Super-p;Super-p、、KS-15KS-15
溶溶劑劑有:去有:去離離子水、子水、NMPNMP
粘合粘合劑劑有:有:SBRSBR、、PVDFPVDF
增稠增稠劑劑有:有:CMCCMC
鈷酸鋰直觀圖
鈷酸鋰電鏡圖
原材料進料檢驗
名名詞詞解解釋釋::
粒度:粒度: 粉末粉末顆顆粒的大小,粒的大小,以以μmμm為為單單位位
振振實實密度:密度: 一定重量的粉末一定重量的粉末顆顆粒通粒通過過振振動動所能所能夠夠達達到的最小到的最小體積體積
首次充放首次充放電電效率:效率: 電電池第一次放池第一次放電電容量容量與與第一次充第一次充電電容量的比值容量的比值
克比容量:克比容量: 每一克活性物每一克活性物質質((鈷鈷酸酸鋰鋰或是石墨)所能或是石墨)所能發揮發揮的容量的容量
循循環環保持率:保持率: 電電池池經過經過多次充放多次充放電電後的容量後的容量與與初次容量的比值初次容量的比值
平台:平台: 充充滿電滿電後後電電池(池()放)放電電到到時時的所用的放的所用的放間間
水分:水分: 電電解液中所含水分含量,以解液中所含水分含量,以PPMPPM為為單單位位
HFHF:: 電電解液中所含氟化解液中所含氟化氫氫的含量,以的含量,以PPMPPM為為單單位位
電導電導率:率: 電電解液的解液的導電導電能力能力
分解分解電壓電壓:: 外加外加電壓時電壓時,,電電解液解液維維持不分解所能承受的最大持不分解所能承受的最大電壓電壓值值
原材料進料檢驗
鈷酸鋰檢驗項目有:外觀、粒度、振實密
度、PH值、首次充放電效率、克比容量、
循環容量保持率、平台
負極石墨檢驗項目有:外觀、粒度、振實
密度、首次充放電效率、克比容量、循環
容量保持率、平台
電解液檢驗項目有:外觀、水分、HF含量、
電導率、分解電壓
配料
配料分為正極配料和負極配料,正極材料
和負極材料統稱為活性物質。
配料是將活性物質、溶劑、導電劑、粘合
劑按照一定的比例攪拌混合成漿料,正極
配料過程嚴禁有水分。
控制點:配方(活性物質94%)、固含量
(正極:70±2%,負極:44±1%)、粘度:
攪拌機
塗布
同樣,塗布也分為正極塗布和負極塗布。
正極塗布是將正極漿料塗覆在鋁箔兩面上,
並烘烤幹溶劑,負極塗布是將負極漿料塗
覆在銅箔兩面上,並烘烤幹溶劑。
箔材選擇:銅箔(10μm、12μm),鋁箔
(16μm、20μm)
控制點:面密度
塗布機
裁切,烘烤大片
裁切:按照工藝標準將塗覆漿料的箔材的
余邊切去,並成卷的箔材切成規定尺寸的
大片。
烘烤大片:將分切好的大片放入烤箱烘烤
以減少其水分含量。
分切機
烤箱
壓片,分小片
壓片:用輥軋機壓大片,使漿料緊覆在箔
材上,需要控制壓片後的大片的厚度。過
厚則壓片易壓死或斷片,且入殼難。過薄
則容量低。
分小片:將壓片後的大片分切成規定尺寸
的小片,其寬度就是電池的高度。不能有毛
刺。
輥壓機
分切機
制片,極片烘烤
將壓片後的小片進行如下操作:
吸片(去除表面粉塵) 點焊極耳
(正負極引線) 貼膠紙(絕緣,
避免短路) 極片外觀全檢
控制點:虛焊(內阻大)、焊穿(短路)
極片烘烤:將正負極片用80-90℃抽真空
烘烤4H,減少極片濕氣。
真空幹燥箱
正極耳及蓋帽
正極片
卷繞
卷繞:將正極片、負極片及隔膜紙通過卷
繞機卷成電池的大小,然后捏扁用胶纸缠
住待装壳,對於鋼殼,負極片比正極片長,
隔著隔膜紙包裹著正極片。對於鋁殼,正
極片比負極片長,隔著隔膜紙包裹負極片。
要求,卷芯不能偏位,否則易短路或低容
量。
卷繞機
裝配,激光焊接
裝配:將卷芯裝入鋼殼(鋁殼),點焊極耳,
加絕緣片,點焊蓋板。
激光封口:将装壳工序转来的电芯通过碰
焊机将其负极耳牢固地焊接在钢壳上,之
后将电芯上到激光焊接机模具上,通过激
光焊接机将其盖板严密地焊接在钢壳上,
之后进行真空测漏、测短路。
絕緣片
殼體
卷芯
激光焊接機
真空測漏
電芯烘烤,注液
電芯烘烤:120℃左右烘烤電芯15H-24H以
除濕。
注液:將電解液注入到電芯中,電解液為
離子提供遊動空間。
真空烘烤
真空注液機
擱置,化成
一般擱置24H以利於電解液浸潤。
化成:對注液後地電池進行首次充電和放
電以活化其活性物質。
化成櫃
封口,清洗
封口:將鋼珠敲進注液口。
清洗:用水及丙酮清洗電芯表面的油污、
劃線、膠等,並進行厚度全檢。
清洗
分容,入庫
分容:首次分選電池容量及平台。
入庫:進行電池的厚度內阻測試後入倉庫。
分容檢測櫃
裝保護板,包裝
電芯安裝保護板,包裝後即完成了整個生
產制造過程。
鋰離子電池的優點
A.高能量密度
B.單電池輸出電壓高
C.自放電率低
D.使用壽命長
E.安全性能好
F.無記憶效應
G.不含重金屬如:鎘、汞等, 因此對環境
無污染,屬綠色環保電池
鋰離子電池的缺點
A、電池成本高。主要表現在LiCoO2的價
格高(Co的資源較少),電解質體系提純困
難。
B、不能大電流放電,一般放電電流在1C以
下。
C、需要保護線路板控制
锂离子电池最常用的特性
容量:是指电池以一定的充电速率充电至容量:是指电池以一定的充电速率充电至,再以,再以
恒压充电至电流小于恒压充电至电流小于,之后以,之后以 一定的放电一定的放电
速速
率放电至率放电至的容量(以的容量(以AhAh或或mAhmAh表示)。表示)。
平台:是指电池以一定的充电速率充电至平台:是指电池以一定的充电速率充电至,再以,再以
恒压充电至电流小于恒压充电至电流小于,之后以,之后以1C1C 放电速放电速
率放率放
电至电至的时间(以的时间(以minmin表示)。表示)。
内阻:是指电池在充电至内阻:是指电池在充电至50%50%左右的情况下通过二次电池左右的情况下通过二次电池
内阻测试仪测量出来的内阻值(以内阻测试仪测量出来的内阻值(以mΩmΩ表示)。表示)。
锂离子电池最常用的特性
自放电:是指电池在没有对外做功的情况下,其自身内部物质自放电:是指电池在没有对外做功的情况下,其自身内部物质
发生化学反应而致使电池能量(容量)损失的现象。如发生化学反应而致使电池能量(容量)损失的现象。如
自自
放电较大的电池往往表现为储存一段时间后出现低电压放电较大的电池往往表现为储存一段时间后出现低电压
(或零电压)的现象。(或零电压)的现象。
安全性能:是指电池在过充、短接或其他滥用条件下的情况下安全性能:是指电池在过充、短接或其他滥用条件下的情况下
其外表是否有爆炸、破裂、漏液的现象。其外表是否有爆炸、破裂、漏液的现象。
外观:是指成品电芯在出货时的外观尺寸和表面质量。目前,外观:是指成品电芯在出货时的外观尺寸和表面质量。目前,
国内客户关心最多的是电芯的厚度、高度及漏液。国内客户关心最多的是电芯的厚度、高度及漏液。
電池不良項目及成因
11、容量低、容量低 產產生原因:生原因:
a. a.敷料量偏少敷料量偏少;b.;b.極極片片兩兩面敷料量相差面敷料量相差較較大大;c;c、、極極片片斷斷
裂裂;d;d、、電電解液少解液少;e;e、、電電解液解液電導電導率低率低;f;f、正、正極與負極極與負極配配
片未配好片未配好;g;g、、膠膠粘粘劑劑老化老化導導致料致料脫脫落落;h;h、正、正負極負極比容量比容量
小小
22、、內內阻高阻高 產產生原因:生原因:
a a、正、正負極負極片片與與各自各自極極耳耳虛虛焊焊;b;b、、極極耳耳與殼體虛與殼體虛焊焊;c;c、、鉚鉚
釘與壓釘與壓板接板接觸內觸內阻大阻大;;
33、、電壓電壓低低 產產生原因:生原因:
a a、副反、副反應應((電電解液分解解液分解;;正正極極有有雜質雜質;;有水)有水);b;b、未化成、未化成
好(好(SEISEI膜未形成完全)膜未形成完全);c;c、毛刺、毛刺;d;d、微短路、微短路;e;e、、負極負極
產產生枝晶生枝晶
電池不良項目及成因
44、循、循環壽環壽命低命低 產產生原因:生原因:
a a、、未化成好(未化成好(SEISEI膜不完整)膜不完整);b;b、粘、粘結劑結劑老化老化導導致致脫脫料料
;c;c、、負極負極比容量低比容量低;d;d、正、正極極敷料多而敷料多而負極負極少少;e;e、漏、漏氣氣;f;f、、
電電解液分解,解液分解,電導電導率降低率降低
55、短路、短路 產產生原因:生原因:
a a、料、料塵塵;b;b、、裝殼時裝裝殼時裝破破;c;c、卷、卷繞繞不不齊齊;d;d、隔膜有洞、隔膜有洞;e;e、、
毛刺毛刺