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一、电芯旨趣
锂离子电芯的反响机理是跟着充放电的实行,锂离子在正负极之间嵌入脱出,往来穿越电芯内部而没有金属锂的存在,因而锂离子电芯更为平安稳固。
二、电芯的构造
电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上孕育正极板,负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上,当今对照先进的负极层状石墨颗粒已采纳纳米碳。
遵循上述的反响机理,正极采纳LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2,此中LiCoO2本是一种层构造很稳固的晶型,但当从LiCoO2拿走XLi后,其构造或者产生变动,然则否产生变动取决于X的巨细。经由探索发觉当X0.5时Li1-XCoO2的构造呈现为极为不稳固,会产生晶型瘫塌,其外部呈现为电芯的压服告终。是以电芯在行使历程中应经由束缚充电电压来管制Li1-XCoO2中的X值,时时充电电压不大于4.2V那末X小于0.5,这时Li1-XCoO2的晶型照样稳固的。负极C6其自身有自身的特色,当第一次化成后,正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中,当放电时Li回到正极LiCoO2中,但化成以后务必有一部份Li留在负极C6中,心以保证下次充放电Li的平常嵌入,不然电芯的压服很短,为了保证有一部份Li留在负极C6中,时时经由束缚放电下限电压来完结。是以锂电芯的平安充电上限电压≤4.2V,放电下限电压≥2.5V。
三、电芯的平安性
电芯的平安性与电芯的策画、材料及临盆工艺临盆历程的管制等因素亲密关连。在电芯的充放电历程中,正负极材料的电极电位均处于动态变动中,跟着充电电压的增高,正极材料(LixCoO2)电位持续上涨,嵌锂的负极材料(LixC6)电位首先下落,尔后涌现一个较长的电位平台,当充电电压太高(4.2V)或由于负极活性材料面密度关连于正极材料面密度(C/A)比值不够时,负极材料太过嵌锂,负极电位则速即下落,使金属锂析出(平常境况下则不会有金属锂的的析出),如此会对电芯的本能及平安性孕育极大的威吓。
在材料已定的境况下,C/A太大,则会涌现上述结局。相悖,C/A过小,容量低,平台低,轮回个性差。如此,在临盆加工中何如保证策画好的C/A比成了临盆加工中的关键。是以在临盆中应就如下几个方面实行管制:
1.负极材料的责罚
1)将大粒径及超细粉与所请求的粒径实行完全分开,避免结部分电化学反响太过强烈而孕育负反响的境况,升高了电芯的平安性。
2)升高材料表相貌隙率,如此也许升高10%以上的容量,同时在C/A比稳固的境况下,平安性大大升高。责罚的结局使负极材料表面与电解液有了更好的相容性,增进了SEI膜的孕育及稳固上。
2.制浆工艺的管制
1)制浆历程采纳先进的工艺办法及非常的化学试剂,使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。升高了各组之间的相容性,阻遏了材料在搅拌历程“团圆”的表象。
2)涂布时基材料与喷头的空隙应管制在0.2mm如下,如此涂出的极板表面平滑无颗粒、凹下、划痕等缺点。
3)浆料应贮存6小时以上,浆料粘度维持稳固,浆料内部无自聚成团表象。匀称的浆料保证了正负极在基材上散布的匀称性,从而升高了电芯的一致性、平安性。
3.采纳先进的极片制作配置
1)也许保证极片原料的稳固和一致性,大大升高电芯极片均一性,升高了不平安电芯的涌现机率。
2)涂布机单片极板上头密度过失值应小于±2%,极板长度及空隙尺寸过失应小于2mm。
3)辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm,如此才华保证极板厚度的一致性。配置应配有完美的吸尘系统,避免因浮尘颗粒而致使的电芯内部微短路,从而保证了电芯的自放电本能。
4)分切机应采纳切刀为辊刀型的络续分切配置,如此切出的极片不存在荷叶边,毛刺等缺点。一样配置应配有完美的吸尘系统,从而保证了电芯的自放电本能。
4.先进的封口手艺
当今国表里方形锂离子电芯的封口均采纳激光(LASER)熔接封口手艺,它是行使YAG棒(钇铝石榴石)激光谐振腔中受强光源(时时为氮灯)的勉励下发出一束简单频次的光(λ=1.06mm)经由谐振折射聚焦成一束,再把聚焦的重心瞄准电芯的筒体和盖板之间,使其凝固后亲合为一体,以来到盖板与筒体的密封熔合的方针。为了来到密封焊,务必管制如下几个因素:
1)务必有能量大、频次高、聚焦本能好、跟踪精度高的激光焊机。
2)务必有协做精度高的实用于激光焊的电芯外壳及盖板。
3)务必有高统一纯度的氮气掩护,独特是铝壳电芯请求氮气纯度高,不然铝壳表面就会孕育难以凝固的Al2O3(其熔点为℃)。
四、电芯膨胀因为及管制
锂离子电芯在制作和行使历程中时常会有肿胀表象,经由解析与探索,发觉首要有如下两方面因为:
1.锂离子嵌入带来的厚度变动
电芯充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,引发负极层间距增大,而涌现膨胀,时时而言,电芯越厚,其膨胀量越大。
2.工艺管制不力引发的膨胀
在制作历程中,如浆料分开、C/A比离别性、温度管制都邑直接影响电芯电芯的膨胀水平。独特是水,由于充电孕育的高活性锂碳化合物对水独特敏捷,从而产生强烈的化学反响。反响孕育的气体孕育电芯内压抬高,增长了电芯的膨胀做为。是以在临盆中,除了应对极板严厉除湿外,在注液历程中更应采纳除湿配置,保证空气的干枯度为HR2%,露点(大气中的湿空气由于温度下落,使所含的水蒸气来到饱和状况而开端凝固时的温度)小于-40℃。在独特干枯的前提下,并采纳真空注液,极地面升高了极板和电解液的吸水机率。
五、铝壳电芯与钢壳电芯平安性对照
铝壳关连于钢壳具备很高的平安上风,如下是不同的压力实践:
注:压力是电芯压力为电芯内部之压力(单元:Kg),表内数据为电芯之厚度(单元:mm)因而可知钢壳对内压反响特地呆滞,而铝壳对内压反响却特地敏捷。因而从厚度上就基天性判定出电芯的内压,而钢壳电芯时常隐含着内压带来的不平安隐患。此中钢壳电芯型号为。
锂离子电池掩护路线(PCM)
由锂离子电芯的常识咱们也许看出,锂离子电池最少需求三重掩护-----过充电掩护,过放电掩护,短路掩护,那末就应而孕育了其掩护路线,那末这个掩护路线针对以上三个掩护请求而言:
过充电掩护:过充电掩护IC的旨趣为:当外部充电器对锂电池充电时,为避免因温度上涨所致使的内压上涨,需断绝充电状况。此时,掩护IC需探测电池电压,当来到4.25V时(假如电池过充点为4.25V)即启动太过充电掩护,将功率MOS由开转为堵截,从而截至充电。
过放电掩护:过放电掩护IC旨趣:为了避免锂电池的过放电,假如锂电池接上负载,当锂电池电压低于其过放电电压探测点(假如为2.5V)时将启动过放电掩护,使功率MOSFET由开改变成堵截而截至放电,以避免电池过放电表象孕育,并将电池维持在低静态电流的待机气象,此时的电流仅0.1uA。当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于太过放电电压时,太过放电掩护成效方可废除。此外,思量到脉冲放电的境况,过放电探测电路设有推迟光阴以避免孕育误做为。
过放电掩护及过充电掩护IC首要临盆厂家有:美上美(MITSUMI),精工,台湾富晶(DW01,FS,),理光,MOTOROLA等封装气象首要为SOT26,SOT6
过电流及短路电流
由于不明因为(放电时或正负极遭金属物误触)孕育过电流或短路,为保证平安,务必使其即刻中止放电。过电流掩护IC旨趣为,当放电电流过大或短路境况孕育时,掩护IC将启动过(短路)电流掩护,此时过电流的探测是将功率MOSFET的Rds(on)当做感到阻抗用以监测其电压的下落情景,即使比所定的过电流探测电压还高则中止放电,运算公式为:
V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流探测电压,I为放电电流)。
假如V-=0.2V,Rds(on)=25mΩ,则掩护电流的巨细为I=4A。
一样地,过电流探测也务必设有推迟光阴以防有突发电流流入时孕育误做为。
常常在过电流孕育后,若能去除过电流因素(譬喻即刻与负载摆脱),将会复原其平常状况,也许再实行平常的充放电做为。
六、电池不良项目及成因:
1.容量低孕育因为:
a.附料量偏少;b.极片两面附料量出入较大;c.极片段裂;d.电解液少;e.电解液电导率低;f.正极与负极配片未配好;g.隔阂孔隙率小;h.胶粘剂老化→附料零落;i.卷芯超厚(未烘干或电解液未浸透)j.分容时未满盈电;k.正负极材料比容量小。
2.内阻高孕育因为:
a.负极片与极耳虚焊;b.正极片与极耳虚焊;c.正极耳与盖板虚焊;d.负极耳与盖帽虚焊;e.铆钉与压板来往内阻大;f.正极未加导电剂;g.电解液锂盐含量低;h.电池曾经产生短路;i.隔阂纸孔隙率小。
3.电压低
孕育因为:
a.副反响(电解液分解;正极有杂质;有水);b.未化成好(SEI膜未孕育平安);c.客户的路线板泄电(指客户加工后送回的电芯);d.客户未按请求点焊(客户加工后的电芯);e.毛刺;f.微短路;g.负极孕育枝晶。
4.超厚
孕育超厚的因为有如下几点:
a.焊缝漏气;b.电解液分解;c.未烘干水份;d.盖帽密封性差;e.壳壁太厚;f.壳太厚;g.卷芯太厚(附料太多;极片未压实;隔阂太厚)。
5化成因有如下几点
a.未化成好(SEI膜不完全、精致);b.烘烤温渡太高→粘合剂老化→脱料;c.负极比容量低;d.正极附料多而负极附料少;e.盖帽漏气,焊缝漏气;f.电解液分解,电导率升高。
6.爆炸
a.分容柜有毛病(孕育过充);b.隔阂紧闭效应差;c.内部短路
7.短路
a.料尘;b.装壳服装破;c.毛刺;d.卷绕不齐;e.没包好;f.隔阂有洞;
8.断路
a)极耳与铆钉未焊好,也许灵验焊点面积小;b)相连片段裂(相连片过短或与极片点焊时焊得太靠下)
七、各工序管制要点
(一)配料:
1.溶液配制:
a)PVDF(或CMC)与溶剂NMP(或去离子水)的搀杂比例和称量;
b)溶液的搅拌光阴、搅拌频次和次数(及溶液表面温度);
c)溶液配制完结后,对溶液的查验:粘度(测试)\熔解水平(目测)及放置光阴;
d)负极:SBR+CMC溶液,搅拌光阴和频次。
2.活性物资:
a)称量和搀杂时监控搀杂比例、数目能否确实;
b)球磨:正负极的球磨光阴;球磨桶内玛瑙珠与混料的比例;玛瑙球中大球与小球的比例;
c)烘烤:烘烤温度、光阴的配置;烘烤完结后冷却后测试温度。
d)活性物资与溶液的搀杂搅拌:搅拌方法、搅拌光阴和频次。
e)过筛:过目(或目)分子筛。
f)测试、查验:对浆料、混料实行如下测试:固含量、粘度、混料细度、振实密度、浆料密度。
(二)涂布
1.集流体的首检:
a)集流体规格(长忠厚)确实认;b)集流体准则(理论)分量确实认;c)集流体的亲(疏)水性及外貌(有无碰伤、划痕和毁坏)。
2.敷料量(准则值、上、下限值)的推算:a)单面敷料量(以濒临此准则的极片厚度确订单面厚度);b)双面敷料量(以最濒临此准则的极片厚度肯定双面的极片厚度。)
3.浆料确实认:能否过稠(稀)\滚动性好,能否有颗粒,气泡过量,能否已干结.
4.极片成效:a)比重(片厚)确实认;b)外貌:有无划线、断带、结料(滚轮或极片后面)能否积料过厚,能否有未干透或烤焦,有无露铜或异物颗粒;
5.裁片:规格确认有无毛刺,外貌查验。
(三)制片(前段):
1.压片:
a)确认型号和该型号正、负极片的准则厚度;
b)最高品位极片压片后(NO.1或NO.1及NO.2)的厚度、外貌有无变形、起泡、掉料、有无粘机、压叠。
c)极片的强度查验;
2.分片:
a)刀口规格、大片极片的规格(长宽)、外貌确认;
b)分出的小片宽度;
c)分出的小片有无毛刺、起皱、或裁斜、掉料(正)。
3.分档称片:
a)称量有无错分;
b)外貌查验:尺寸超差(极片尺寸、掉料、折痕、毁坏、浮料、未刮净等)。
4.烘烤:
a)烤箱温度、光阴的配置;
b)放N2、抽真空的光阴性成效(目测风度)及光阴分开。
(四)制片后段:
1.铝带、镍带的长度、宽度、厚度确实认;
2.铝带、镍带的点焊安稳性;
3.胶纸务必按工艺请求的公役长度粘贴;
4.极片表面不能有粉尘。
(五)盖帽
1.裁相连片:衡量尺寸规格、查验有无毛刺、压伤;
2.洗涤相连片:查验相连片能否洗涤洁白;
3.相连片退火:查验有无用石墨粉笼罩,烤炉温度,放入掏出光阴;
4.组装盖帽:查验种种配件能否与当日型号符合,安装能否到位;
5.冲压盖帽:查验冲压高度及外貌;
6.全检:对前工序职工自检查验的成效实行复核,避免不良品流入下一工序;
7.折相连片:查验有无漏折、断裂、有无折到位;
8.点盖帽:查验有无漏点、虚点、点穿;
9.全检:对前工序职工自检查验的成效实行复核,避免不良品流入下一工序;
10.套套管:查验尺寸、套管地方;
11.烘烤:烘烤温度、光阴、烘烤成效。
(六)卷绕
1.各型号的鉴别、隔阂纸、卷尺的规格、钢(铝)壳的卷绕留意事故;
2.滚存极片的标记状况;
3.点负极的安稳度(钢、铝壳);铝壳正极的安稳性、负极的外貌;
4.绝缘垫片的安插;
5.折、压合盖帽(铝壳)留意杂物外露和铝壳外貌的维持;
6.定盖工位:偏移度。?留意先下拉先临盆。
(七)焊接
1.钢、铝壳电池焊接时留意沙孔;
2.焊接铝壳的调试、焊接时抽查的测试;
3.检漏工位;
4.打胶。
留意先下拉先临盆。
(八)注液
1.种种型号注液量;
2.手套箱内的湿度和室内湿度;
3.电池水份测试及放气和抽真空光阴;
4.烘烤前电池在烤箱安插留意事故;
5.烘烤12小时后电池高低层换位;
6.电池注液先后的封口。
(九)探测
1.分容、化成参数的配置;
2.化成时电解液流出职工有没有准时擦掉;
3.监视临盆部新职工的操纵;
4.注液组下来的电芯上注液孔能否有胶纸零落;
5.种种实践电池能否显然标记辨别;
6.提早亮灯的点要查明因为;
7.爆炸后该点的校阅;
8.钢、铝壳柜的辨别;
9.封口时哪些型号要倒转来挤压
10.封口挤压能否使铝电芯变形;
11.封口后上否准时洗涤;
12.夹具头能否纯洁,能否有锈蚀;
13.相连电脑的柜子爆炸后电压的查问,该点电压电流弧线的境况汇的;
14.放置、老化和封口区的处境温湿度。
(十)包装
1.对有的客户埋怨过容量低的要加2分钟容量;
2.对织女这个客户要管制尺寸的下限;
3.型号电池变更时能否算帐整条拉,避免混料;
4.检出的不良品能否用血色周转盒子装,能否显然标记;
5.订单上有独特请求的能否获得职工的知道和履行;
6.喷码体例能否确实,喷码方位和地方能否确实;
7.压板和铆钉上能否有胶;
8.探测仪器能否在灵验期内,避免失准仪器在线上行使(针对全数工位)。
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