【電池知識】鋰離子電池生產配料基礎知識

2021-01-16 中國電池網

一、 電極的組成:

1、 正極組成:

a、 鈷酸鋰:正極活性物質,鋰離子源,為電池提供鋰源。

b、 導電劑:提高正極片的導電性,補償正極活性物質的電子導電性。 提高正極片的電解液的吸液量,增加反應界面,減少極化。

c、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導電劑和鋁箔或鋁網粘合在一起。

d、 正極引線:由鋁箔或鋁帶製成。


2、 負極組成:

a、 石墨:負極活性物質,構成負極反應的主要物質;主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。

b、 導電劑:提高負極片的導電性,補償負極活性物質的電子導電性。 提高反應深度及利用率。防止枝晶的產生。利用導電材料的吸液能力,提高反應界面,減少極化。(可根據石墨粒度分布選擇加或不加)。

c、 添加劑:降低不可逆反應,提高粘附力,提高漿料黏度,防止漿料沉澱。

d、 水性粘合劑:將石墨、導電劑、添加劑和銅箔或銅網粘合在一起。

e、 負極引線:由銅箔或鎳帶製成。


二、 配料目的:

配料過程實際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起,調製成漿料,以利於均勻塗布,保證極片的一致性。配料大致包括五個過程,即:原料的預處理、摻和、浸溼、分散和絮凝。


三、 正極配料:

(一) 、正極配料原理

1、 原料的理化性能。

(1) 鈷酸鋰:非極性物質,不規則形狀,粒徑D50一般為6-8 μm,含水量≤0.2%,通常為鹼性,PH值為10-11左右。

錳酸鋰:非極性物質,不規則形狀,粒徑D50一般為5-7 μm,含水量≤0.2%,通常為弱鹼性,PH值為8左右。

(2) 導電劑:非極性物質,葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值~300,粒徑一般為 2-5 μm;主要有普通碳黑、超導碳黑、石墨乳等,在大批量應用時一般選擇超導碳黑和石墨乳復配;通常為中性。

(3) PVDF(聚偏二氟乙烯)粘合劑:非極性物質,鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水後分子量下降,粘性變差。

(4) NMP(N-甲基吡洛烷酮):弱極性液體,用來溶解/溶脹PVDF,同時用來稀釋漿料。

2、 原料的預處理

(1) 鈷酸鋰:脫水。一般用120 ℃常壓烘烤2小時左右。

(2) 導電劑:脫水。一般用200 ℃常壓烘烤2小時左右。

(3) 粘合劑:脫水。一般用120-140 ℃常壓烘烤2小時左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。

(4) NMP:脫水。使用乾燥分子篩脫水或採用特殊取料設施,直接使用。

3、 原料的摻和:

(1) 粘合劑的溶解(按標準濃度)及熱處理。

(2) 鈷酸鋰和導電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導電劑粘合在一起,提高團聚作用和的導電性。配成漿料後不會單獨分布於粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質,通常使用瑪瑙球作為球磨介子。

4、 乾粉的分散、浸溼:

(1) 原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,將會吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入後,液體與氣體開始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強,液體不能浸溼固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強,液體可以浸溼固體,將氣體擠出。

當潤溼角≤90度,固體浸溼。

當潤溼角>90度,固體不浸溼。

正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸溼,所以正極粉料分散相對容易。

(2) 分散方法對分散的影響:

A、 靜置法(時間長,效果差,但不損傷材料的原有結構);

B、 攪拌法;自轉或自轉加公轉(時間短,效果佳,但有可能損傷個別 材料的自身結構)。

a、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用於分散難度較低的狀態,效果佳。

b、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結構和對設備的損傷就越大。

c、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,但太稀將導致材料的浪費和漿料沉澱的加重。

d、濃度對粘結強度的影響。濃度越大,柔制強度越大,粘接強度 越大;濃度越低,粘接強度越小。

e、真空度對分散速度的影響。高真空度有利於材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。

f、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結皮,太冷漿料的流動性將大打折扣。

g、稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便於塗布。


(二)、負極配料原理(大致與正極配料原理相同)

1、 原料的理化性能。

(1) 石墨:非極性物質,易被非極性物質汙染,易在非極性物質中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被汙染的石墨,在水中分散後,容易重新團聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規則,主要有球形、片狀、纖維狀等。

(2) 水性粘合劑(SBR:丁苯橡膠):小分子線性鏈狀乳液,極易溶於水和極性溶劑。

(3) 防沉澱劑(CMC:羧甲基纖維素):高分子化合物,易溶於水和極性溶劑。

(4) 異丙醇:弱極性物質,加入後可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑網狀交鏈,提高粘結強度。

乙醇:弱極性物質,加入後可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈,提高粘結強度(異丙醇和乙醇的作用從本質上講是一樣的,大批量生產時可考慮成本因素然後選擇添加哪種)。

(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動性。

2、 原料的預處理:

(1) 石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤,除去表面油性物質,提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面稜角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低)。

(2) 水性粘合劑:適當稀釋,提高分散能力。

3、 摻和、浸溼和分散:

(1) 石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。

(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤溼,再與粘合劑溶液混合。

(3) 應適當降低攪拌濃度,提高分散性。

(4) 分散過程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應,攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應該適當升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,同時提高流動性,降低分散難度。

(5) 攪拌過程如加入真空脫氣過程,排除氣體,促進固-液吸附,效果更佳。

(6) 分散原理、分散方法同正極配料中的相關內容,在三、(一)、4中有詳細論述,在此不予詳細解釋。

4、 稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便於塗布。


四、 配料注意事項:

1、 防止混入其它雜質;

2、 防止漿料飛濺;

3、 漿料的濃度(固含量)應從高往低逐漸調整,以免增加麻煩;

4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底,確保分散均勻;

5、 漿料不宜長時間擱置,以免沉澱或均勻性降低;

6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之後方可以加入,以免組分材料性質變化;

7、 攪拌時間的長短以設備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進行更換,無法更換的可將轉速由慢到快進行調整,以免損傷設備;

8、 出料前對漿料進行過篩,除去大顆粒以防塗布時造成斷帶;

9、 對配料人員要加強培訓,確保其掌握專業知識,以免釀成大禍;

10、 配料的關鍵在於分散均勻,掌握該中心,其它方式可自行調整。


五、 總論:

隨著電池製程的日益透明,鋰離子電池生產廠家越來越將配料列為核心機密,因為從材料的挑選、處理到合理搭配包含了太多技術人員的心血,同樣的材料,有的廠家用起來特別順利,有的廠家就麻煩百出;有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池,而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹;筆者發表配料的基礎知識,旨在讓大家對配料的了解多一些,少走一些彎路;有疏漏之處,希望大家多多批評指正。


鋰電池型號命名含義

單體鋰電池的命名多有四部分組成,

第一部分是體系字母代號,就是上面說到的「C,E,W」;

第二部分為形狀字母代號,「R」代表圓柱形,「S」代表方形,「F」代表扁方(口香糖)形;第三部分為數字代表電池尺寸;第四部分為電池工作特性代號,「M」代表中倍率放電,「H」代表高倍率放電,「S」代表可在高溫(100-150攝氏度)條件下工作。舉個例子:ER14500MS,表示可以一支可以接受高溫條件下中倍率放電的,直徑為14.0mm,高為50mm的鋰-亞硫醯氯圓柱體電池。


鋰電池裡面大家比較能接觸的上的,並且真能使用的得到的電池,就是鋰-二氧化錳電池,鋰-亞硫醯氯電池,鋰-二氧化硫電池三種。就這三種電池來寫一點心得和使用經驗。


鋰-二氧化錳電池,常見,用的地方多,也很方便的可以買到,但是各個品牌質量不一樣。


除了在以前介紹過的紐扣型鋰-二氧化錳電池,最最常見的鋰-二氧化錳電池就是給上膠捲的普通相機上面用那幾種。


CR2,CR123A,CRP2,2CR5。這四個型號的鋰-二氧化錳電池是非常常用的。我們銷售時候的行話分別把它們叫做「三伏短(CR2),三伏長(CR123A),六伏短(CRP2),六伏長(2CR5)」。 CR2,CR123A都是一支單體鋰-二氧化錳電池,CR2也可以叫做CR15266,它的直徑為15.6mm,高為27.0mm,公稱電壓3.0V;CR123A也可以叫做CR17335,它的直徑為17.0mm,高為34.5mm,公稱電壓3.0V。


CRP2,2CR5其實是電池組,裡面都是兩支CR123A電池,只不過外面有一個很好看的塑料框架,串聯起來的兩支CR123A電池使CRP2,2CR5的電壓達到了6V。CRP2的直徑為Ф35.0*19.5mm,高為36.0mm,公稱電壓6.0V;2CR5的直徑為Ф34.0*17.0mm,高為45.0mm,公稱電壓6.0V


CRV3,CRV6電池,也是鋰-二氧化錳電池,都是兩支電池組成的電池組,CRV3是兩支電池並聯組合使用,CRV6是兩支電池串聯組合使用,這兩種鋰-二氧化錳都是新近推出的品種,多使用在數位相機上面。


CRV3電池公稱電壓3.0V,尺寸14.5mm×29mm×52mm。可以代替兩支AA鹼性電池使用,不過是用的時候可要看看電池倉,有的可以放進去,有的還不能放。這點要注意。CRV6電池公稱電壓6.0V,尺寸14.5mm×29mm×52mm 。實物貨品我還沒有見過。所以就不能給大家介紹太多了。


鋰-二氧化錳電池屬於有機電解質電池,是一種以經過專門熱處理的電解二氧化錳粉末為正極,以鋰為負極,採用有機電解液的一次性電池。鋰-二氧化錳電池公稱電壓3.0V(約為一般鹼性/鎳鎘/鎳氫電池的2倍多,);起始電壓可達到3.3V,工作電壓2.9V,終止放電電壓為2V;放電電壓穩定。鋰-二氧化錳電池的比能量較大可達到250Wh/kg;工作溫度範圍寬-20℃~+50℃;自放電率低(年自放電率≤2%),有較好的儲存性能(儲存時間4年以上),並且在存放期間無氣體逸出,安全性好。


需要大家注意的是:

!!!鋰-二氧化錳電池是一次性電池,不可以充電!!! 不要妄圖給這種電池充電,這個看似「經濟」的做法絕對是對人身安全的考驗。 在實際使用的時候如果相機照相後有一段時間不用,最好把電池從相機的電池倉裡面拿出來,放在陰涼乾燥處絕緣保存。


鋰二氧化錳電池作為一次性電池來講,民用的通常給單眼相機供電,一隻CR123A可以拍照8-12個膠捲左右。這種一次性鋰二氧化錳電池售價還是很貴的,通常一支CR123A的零售價格在15-20元左右,於是乎就有人打起了可以代替的充電電池的念頭。


事實上是可行的,但使用起來有點危險。主要和大家講講用得最多,而且也有成功改造經驗的CR123A,2CR5替換用充電電池。


CR123A也可以叫做CR17335,它的直徑為17.0mm,高為34.5mm。有同這個電池尺寸大小差不多的鋰離子電池,例如Lion-17335,Lion-16430。外型大小差不多是一致的,體積的問題解決了。然後需要面對電池電壓,容量,充電方法的問題。


CR123A的公稱電壓為3.0V,新的CR123A空載電壓可以達到3.3V,它的主要放電平臺在2.8-3.0V之間。Lion-17335或者Lion-16430的公稱電壓為3.6V/3.7V,剛剛充滿電的Lion-17335或者Lion-16430空載電壓可以達到4.1V,放置一小時後起始電壓可達到3.85V,它的主要放電平臺在3.6-3.7V之間。可以看到一次性鋰二氧化錳電池和二次可充鋰離子電池大致有一個0.6V的電壓差。


主流的PanasonicCR123A(真品)容量約為1200-1400mAh之間;Lion-17335或者Lion-16430的容量在550-650mAh之間,容量上面相差了一倍多。但是考慮到實際,使用時550-650mAh左右的容量也夠4-5卷膠捲拍照用的,而且鋰離子電池是可充電電池能有300次以上的循環壽命,相比之下鋰離子電池成本更加低廉。


相關焦點

  • 聚合物鋰離子電池基礎知識
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201809/388642.htm根據鋰離子電池所用電解質材料的不同,鋰離子電池分為液態鋰離子電池(Liquified Lithium-Ion Battery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(Polymer Lithium-Ion Battery, 簡稱為
  • 鋰離子電池充電的基礎知識以及設計注意事項
    打開APP 鋰離子電池充電的基礎知識以及設計注意事項 硬體小課堂 發表於 2021-01-14 09:57:34 鋰離子電池跟大家生活息息相關
  • 固態鋰離子電池的相關知識詳解
    你了解什麼是固態鋰離子電池嗎?隨著社會的快速發展,我們的固態鋰離子電池也在快速發展,那麼你知道固態鋰離子電池的詳細資料解析嗎?接下來讓小編帶領大家來詳細地了解有關的知識。所謂「全固態鋰電池」是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態,不含任何液態組份的鋰電池,全稱是「全固態電解質鋰電池」。
  • 鋰電池配料的技術相關知識知識
    乙醇:弱極物質,加入後可減小粘合劑溶液的極,提高石墨和粘合劑溶液的相容;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑 線*交鏈,提高粘結強度(異丙醇和乙醇的作用從本質上講是一樣的,大批量生產時可考慮成本因素然後選擇添加哪種)。 (5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動。
  • 鋰離子電池-電芯知識培訓
    電池基本知識 1、什麼是電池? 電池是一種能源。電池通過正極產生的鋰離子在負極碳材中的嵌入與遷出來實現電池的充放電過程,所以人們稱之為Li-ion。 5、Li-ion電池的工作原理是什麼? 鋰離子電池以碳素材料為負極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。
  • 航模用鋰離子/鋰聚合物電池使用和保養 電池的種類 基礎知識
    3、節(S):鋰電池單體電壓為3.7V,一片單體電芯我們用CELL來稱呼,或者用「S」來表達,如果需要獲得更高電壓,則需要多片單體電池進行串聯疊加,例如2S(3.7+3.7=7.4V),3S(11.1V)……如此類推三、鋰電池的使用方法所有的鋰離子電池,無論是以前的,還是最近這些年的,包括:聚合物鋰離子電池,磷酸鋰鐵電池等等,都非常害怕電池內部短路、電池外部短路
  • 鋰電池的基礎知識?
    鋰電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正負極之間來工作的。鋰電池含有鋰元素的材料作為電池的電極,它是現代高性能電池的代表。大家可能不知道鋰電池的一些基礎知識!今天給大家分享一些關於鋰電池的基礎知識!鋰離子電池以碳素材料為負極。
  • 漲知識:淺談鋰離子電池工作原理
    鋰離子電池工作原理  鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。  當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。
  • 鋰離子電池原理
    首先,要明確我們最開始提出的那三個概念 在鋰電池發展史上,第一個階段是鋰一次電池,這種電池的負極是鋰金屬,在這個基礎上,第二階段發展出了可充電鋰電池,即理論意義上的鋰離子電池,可充電鋰電池是沒有金屬鋰存在,只有鋰離子的電池。
  • 鋰離子電池散熱方面有哪些知識?
    鋰離子電池是通過化學反應的方式提供能量的,所以這個過程會發生一定的熱量,而熱量如果持續增加而得不到有效的散熱,就會積累,反過來電化學物質在高溫下活性更強,這樣不斷疊加之下,鋰離子電池發生自燃或爆炸事故也就不遠了。
  • 電池修復-蓄電池基礎知識100
    對於電池知識和提高有 幫助。蓄電池基本常識100問1、什麼是一次電池和二次電池?一次電池是普通的乾電池,只能使用一次, 二次電池又叫可充電池。二次電池中的動力型電池(或稱牽引電池)是電動車目前主要電源。
  • 鋰電池:鋰金屬電池和鋰離子電池的區別
    由於鋰金屬電池的化學特性太過活潑,因此鋰金屬電池無論是加工、保存還是使用,對於環境的要求都非常高。 鋰離子電池 鋰離子電池是使用鋰合金金屬氧化物作為正極材料、使用石墨作為負極材料,使用非水電解質的電池。
  • 你應該知道的鋰離子電池原理及工藝(上)
    來源: 新能源前線蘭州大學團隊鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),它主要依靠Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌來工作。隨著能源汽車等下遊產業不斷發展,鋰離子電池的生產規模正在不斷擴大。本專題分為上、下兩個部分,其中上篇重點關注鋰離子電池的原理、配方和工藝流程。下篇講解鋰電池的製作及其性能,本文系本專題上篇。
  • 鋰離子電池的開發背後的環境問題
    諾貝爾委員會說:「鋰離子電池在全球範圍內用於為可攜式電子設備提供動力,這些可攜式電子設備用於我們交流,工作,學習,聽音樂和尋找知識。」儘管獲得了好評,但鋰離子電池還是受到了批評。鋰離子電池與其他電池有何不同?
  • 鋰離子電池的的原理、配方和工藝流程
    鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),它主要依靠Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌來工作。隨著新能源汽車等下遊產業不斷發展,鋰離子電池的生產規模正在不斷擴大。本文以鈷酸鋰為例,全面講解鋰離子電池的的原理、配方和工藝流程,鋰電池的性能與測試、生產注意事項和設計原則。
  • 固態鋰離子電池的詳細資料解析
    打開APP 固態鋰離子電池的詳細資料解析 21IC 發表於 2021-01-03 13:52:00   你了解什麼是固態鋰離子電池嗎
  • 汽車動力電池解析:手把手帶你認識鋰離子電池(一)
    作為電池技術的一種,鋰離子電池的相關理論研究,近年來也沒有什麼突破性進展,大多數研究都集中在材料、配方、工藝等方面,也就是如何提高產業化的程度,研究出性能更優異的鋰離子電池(存儲能量更多,用的更久)。寫本文的目的,不是為了給做鋰離子電池研發的人看的,而是給那些在產品裡面用到鋰離子電池的工程技術人員或者鋰離子電池的使用者看的。所以本文力求通俗易懂,儘量不使用專業化的術語和公式,希望在輕鬆閱讀之餘,能夠提升大家對鋰離子電池的認識,起到答疑解惑的作用。
  • 【乾貨】金屬空氣電池基礎知識科普
    但離子電池變成空氣電池後,有些原理和性能就會發生變化:在金屬空氣電池中,發生的是電氣化學反應。還是以鋰空氣電池舉例,在放電過程中,含鋰正極釋放的鋰離子向負極移動,並在其表面發生氧化反應,生成過氧化鋰(Li2O2)。鋰離子、電子和氧氣是在負極多孔碳材料的表面發生反應,負極材料本身並不參與反應,只提供反應的場所。
  • 『納米 電池』Nano One獲得鋰離子電池應用的中國專利
    來自加拿大的Nano One Materials Corp.近期在中國被授權了一項鋰離子電池專利。電池採用了Nano Ones獨特專利工藝製造的陰極納米材料。來自加拿大的Nano One Materials Corp.的首席技術官坎貝爾博士最近宣布,公司剛剛在中國被授權了一項鋰離子電池專利。
  • 科普:鋰離子電池的結構
    主要講鋰離子電池的相關技術,僅供參考。手機電池由三部分組成:電芯、保護電路和外殼。當前手機電池一律為鋰離子電池(不規範的場合下常常簡稱鋰電池)。鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時,Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處於富鋰狀態;放電時則相反。一般採用含有鋰元素的材料作為電極的電池。