锂电池制片技能对电池共同性的影响

跟着锂电池技能发展，锂离子电池运用规模涉及面也越来越广，除便携式电子商品，还广泛运用到电动交通工具，大型动力电源以及储能范畴。除小型便携电子商品，别的运用都请求电池电压高于现有单体电池电压，如纯电动汽车请求电池电压到达100V以上，电动自行车电池电压请求36或48V，高功率输出、高容量需要就需要将制备所得的单体电池进行组合运用。但因原资料、出产技能、出产批次和制造技能的不一样，同一型号标准的单体电池会呈现电压、容量及其衰减率、内阻及其充放电进程中随时刻改变率、寿数、自放电率等功能参数上的不一样。这些不一样不但对组合后的电池组SOC状况的判别有所影响，更首要的是影响电池组功能表现和循环寿数，乃至还有也许会致使安全问题[1-2]。因而，进步组合电池中各单体电池的共同性非常首要，路径首要有：改进电池制造技能；在电池封装前对电池进行分选[3-4]；添加电池组共同性监测电路[5]。这篇文章从锂离子电池出产技能动身，研讨水性粘结剂系统的锂离子电池出产制片技能对电池共同性的影响，并指出共同性的要害质量操控点。

1锂离子电池制造技能

锂离子电池制造技能复杂，工序繁复，整体可分为极片制造、电芯制造和电池拼装三个工段。极片制造技能包含混料、涂布、辊压、分切、极耳焊接等工序，这段工序是确保锂电池功能的根底，尤其对共同性有严重影响；锂电池电芯制造技能首要包含卷绕或叠片、入壳封装、写入电解液、抽真空并终封等；电池拼装技能首要包含化成、分容、拼装、测验等。这篇文章首要研讨选用铝塑膜包装的锂电池出产技能，详细电池制造技能流程如图1。

2锂电池共同性操控要害技能

制造技能的各个步骤都影响着锂电池功能，其间原资料粒径，极片制造，卷绕/叠片，电解液写入量最难操控，最易形成误差，使电池成品功能存在区别。

3混料

混料又包含配料和拌和，是影响锂电池功能最要害的技能之一。通常锂电池出产厂家都将混料列为中心秘要，因为资料的挑选、处理、合理调配、物质配比以及拌和进程对电池功能都是至关首要的。拌和作用直接影响电池功能，是混料中最要害的一步，乃至国外一些锂电池厂以为拌和技能在锂电池的全部出产技能中对商品的质量影响度大于30%，是全部出产技能中最首要的环节。

LA系列水性粘结剂是通过无皂乳液技能合成的单一共聚物的水涣散液，无乳化剂、增稠剂等添加成分，系统内也不含锂离子以外的杂质阳离子，共聚物主链段为PAN。选用环保型水性粘结剂配料拌和：根据固体含量、活性物质、导电剂与粘结剂的份额计算出各物质实践用量，然后按照去离子水、粘结剂、导电剂、活性物质的次序别离参加，在真空条件下通过必定时刻混合拌和涣散均匀，且不能有气泡发生。每次拌和应尽量精确操控，防止过多人为要素影响电池的共同性和稳定性。例如选用锰酸锂为正极活性物质，LA133为粘结剂，superP为导电剂，按93.5∶3.5∶3(质量比)配料，固体含量定为60%，计算出各物质详细用量，在真空环境中通过8h的高速(拌和速度为1500r/min)拌和后得到浆料，并将黏度调整至2500~4000mPa·s，以便于涂布。图2为拌和均匀后的浆料扫描电镜图，从图2(a)中可看到通过高速拌和后的各物料已基本涣散均匀，导电剂均匀覆盖在锰酸锂外表，图2(b)为负极石墨与导电剂、粘结剂拌和混合后得到的导电剂均匀散布在石墨标明的扫描电镜图。为了确保锂电池共同性，应当尽量确保拌和涣散均匀，削减沉淀，并调试至适宜的黏度后再进行涂布。

4涂布

涂布办法有多种，这篇文章选用辊式涂布，涂布是极片制造的要害技能之一，影响涂布质量的要素许多，涂布头的制造精度，设备运转速度的平稳性以及运动进程中动态张力的操控，烘干进程风量风压巨细及温度曲线操控都将影响涂布质量。

涂布技能对锂电池功能的影响要素首要包含：(1)涂布进程中假如温度过高容易致使极片龟裂，温度低则极片不能完全枯燥，都会形成电池局部极化不共同；(2)假如涂布面密度小，制成电池后电池容量不能到达标称容量，电池循环功能差，假如涂布面密度大，电池过厚，糟蹋资料，且也许因为正极过量形成锂枝晶，形成安全隐患；(3)涂布尺度过小或过大也许致使锂电池制造进程中负极不能完全包住正极，电池充放电进程不安全，充电进程锂离子从正极出来，没有被负极包住的当地剩余锂离子游离在电解液中，电池正极容量不能充分表现，更有也许因为锂的析出和枝晶成长刺穿隔阂，发作短路；(4)涂布太厚或太薄影响辊压进程中厚度均匀性；(5)第二面与第一面定位不齐，呈现错位，一样也许形成负极不能完全包住正极的状况。确保涂布进程中极片厚度、质量的稳定性和共同性，对锂电池功能共同性有严重影响。

这篇文章选用水系LA133作粘结剂、去离子水作溶剂，涂布枯燥进程只需将水分蒸腾，比传统的NMP有机溶剂蒸发所需温度低许多，最高温度只需操控在80℃左右，环保节能。别的也因为水性粘结剂为单一聚合物，共聚物主链段为PAN，其主链上的-CN基团归于高极性基团，这种高极性使得水性粘结剂有很强的粘结力，可是分子链的滚动难度大，极片的柔韧性低。通常涂布枯燥箱选用分段加热，温度设定从极片进入到出烘道选用低、高、低的模式，确保极片枯燥完全，同时不会呈现龟裂、弯曲等景象。正极涂布速度5m/min；烘箱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ节温度别离设定为：60、75、80、85、75和45℃；单片极片长度为1509mm，宽度为212mm；双面密度为400.8g/m2，抽取涂布后的一片极片，测量极片各部分厚度和单位面积，剖析极片厚度和面密度散布状况，断定涂布均匀性，计算结果为：厚度平均值为

辊压的意图在于使活性物质与箔片联系更加质密、厚度均匀。压实密度巨细直接影响电池功能[6]，过大的压实密度，使得粒子间触摸太过严密，电子导电性增强，但离子移动通道减小或阻塞，不利于容量表现，放电进程中极化增大，电压降低，容量减小；压实密度过小，粒子间间隔大，离子通道多，电解液吸液量大，有利于离子移动，但因粒子间触摸面积小，不利于电子导电，放电极化增大；必定程度内，跟着压实密度增大，原资料粒子之间的间隔减小，触摸面积加大，导电通道和桥梁添加，微观表现为电池内阻减小。但在涂布均匀的状况下，压实密度取决于辊压厚度，即操控压实密度首要靠操控辊压厚度来完成。因为通常辊压的是涂布后的整片大极片，极片厚度是否均匀直接影响电池共同性。关于辊压，出口厚度首要取决于空载辊缝、轧机刚度、轧件进口厚度、轧件变形抗力、轴承油膜厚度、轧辊偏疼等要素[7]。通常来说，出口厚度随空载辊缝添加而增大，随轧机刚度添加而减小，随进口厚度添加而增大，随变形抗力添加而增大。

当辊压机呈现问题时更要警觉，如辊压机呈现轧辊偏疼的状况，即由辊身和辊颈不一样轴所致使的或许由轧辊自身的椭圆度所发生的实践辊缝随辊的周长周期性动摇，在这种状况下，辊压后的出口极片厚度也会呈现周期性改变，如图3所示为石墨为负极活性物质的极片辊压前后极片厚度改变。压实密度设定为1.35g/cm3，涂布面密度为12.36g/cm2，正常状况下厚度误差为3μm，压实密度涨落小于0.05g/cm3，当呈现轧辊偏疼时，辊压后极片厚度涨落到达±7μm，压实密度涨落到达0.12g/cm3，严重影响电池共同性。

选用锰酸锂为正极活性物质，石墨为负极活性物质，LA133为水性粘结剂，如图1所示的锂离子电池出产技能制备电池，正极极片选用不一样的压实密度，别离为2.3和2.4g/cm3，负极极片选用一样的压实密度，为1.35g/cm3，制备5Ah锂电池若干个，测验其容量、电压、内阻和循环功能，并做对比，得到表1。图4为正极极片不一样压实密度下锂电池循环功能曲线。能够从表1看出不一样压实密度的锂电池初始容量、内阻和容量循环功能不共同，微小的压实密度区别致使了电池功能不共同，因而辊压必定要确保电池厚度均匀，以确保压实密度共同，制造出功能共同的锂电池。