登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。随着新能源汽车等下游产业不断发展,锂离子电池的生产规模正在不断扩大。
本专题分为上、下两个部分,其中上篇重点关注锂离子电池的原理、配方和工艺流程。
一、工作原理
1、正极构造
LiCoO2+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)
2、负极构造
石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体(铜箔)
3、工作原理
3.1充电过程
一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。此时:
正极上发生的反应为:
负极上发生的反应为:
3.2电池放电过程
放电有恒流放电和恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。
3.3充放电特性
电芯正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2,其中LiCoO2本是一种层结构很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿走x个Li离子后,其结构可能发生变化,但是否发生变化取决于x的大小。
通过研究发现当x>0.5时,Li1-xCoO2的结构表现为极其不稳定,会发生晶型瘫塌,其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-xCoO2中的x值,一般充电电压不大于4.2V那么x小于0.5,这时Li1-xCoO2的晶型仍是稳定的。
负极C6其本身有自己的特点,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,但化成之后必须有一部分Li留在负极C6中心,以保证下次充放电Li的正常嵌入,否则电芯的压倒很短,为了保证有一部分Li留在负极C6中,一般通过限制放电下限电压来实现:安全充电上限电压≤4.2V,放电下限电压≥2.5V。
记忆效应的原理是结晶化,在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是,锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降,其原因是复杂而多样的。主要是正负极材料本身的变化,从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。
过度充电和过度放电,将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。
不适合的温度将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物,所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。在电池升温到一定的情况下,复合膜膜孔闭合或电解质变性,电池内阻增大直到断路,电池不再升温,确保电池充电温度正常。
二、锂电池的配方与工艺流程
1.正负极配方
1.1正极配方:LiCoO2+导电剂+粘合剂+集流体(铝箔)
LiCoO2(10μm):96.0%
导电剂(CarbonECP)2.0%
粘合剂(PVDF761)2.0%
NMP(增加粘结性):固体物质的重量比约为810:1496
a)正极粘度控制6000cps(温度25转子3);
b)NMP重量须适当调节,达到粘度要求为宜;
c)特别注意温度、湿度对黏度的影响
正极活性物质:
钴酸锂:正极活性物质,锂离子源,为电池提高锂源。非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为6-8μm,含水量≤0.2%,通常为碱性,pH值为10-11左右。
锰酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为5-7μm,含水量≤0.2%,通常为弱碱性,pH值为8左右。
导电剂:链状物,含水量<1%,粒径一般为1-5μm。通常使用导电性优异的超导碳黑,如科琴炭黑CarbonECP和ECP600JD,其作用:提高正极材料的导电性,补偿正极活性物质的电子导电性;提高正极片的电解液的吸液量,增加反应界面,减少极化。
PVDF粘合剂:非极性物质,链状物,分子量从300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性变差。用于将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。
NMP:弱极性液体,用来溶解/溶胀PVDF,同时用来稀释浆料。
集流体(正极引线):由铝箔或铝带制成。
1.2负极配方:石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体(铜箔)
负极材料(石墨):94.5%
导电剂(CarbonECP):1.0%(科琴超导碳黑)
粘结剂(SBR):2.25%(SBR=丁苯橡胶胶乳)
增稠剂(CMC):2.25%(CMC=羧甲基纤维素钠)
水:固体物质的重量比为1600:1417.5
a)负极黏度控制5000-6000cps(温度25转子3)
b)水重量需要适当调节,达到黏度要求为宜;
c)特别注意温度湿度对黏度的影响
2、正负混料
石墨:负极活性物质,构成负极反应的主要物质;主要分为天然石墨和人造石墨两大类。非极性物质,易被非极性物质污染,易在非极性物质中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新团聚。一般粒径D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规则,主要有球形、片状、纤维状等。
导电剂:其作用为:
a)提高负极片的导电性,补偿负极活性物质的电子导电性。
b)提高反应深度及利用率。
c)防止枝晶的产生。
d)利用导电材料的吸液能力,提高反应界面,减少极化。(可根据石墨粒度分布选择加或不加)。
添加剂:降低不可逆反应,提高粘附力,提高浆料黏度,防止浆料沉淀。
增稠剂/防沉淀剂(CMC):高分子化合物,易溶于水和极性溶剂。
异丙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液的极性,提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂网状交链,提高粘结强度。
乙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液的极性,提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂线性交链,提高粘结强度(异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的,大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种)。
水性粘合剂(SBR):将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链状乳液,极易溶于水和极性溶剂。
去离子水(或蒸馏水):稀释剂,酌量添加,改变浆料的流动性。
负极引线:由铜箔或镍带制成。
2.1正极混料:
2.1.1原料的预处理
1)钴酸锂:脱水。一般用120°C常压烘烤2小时左右。
2)导电剂:脱水。一般用200°C常压烘烤2小时左右。
3)粘合剂:脱水。一般用120-140°C常压烘烤2小时左右,烘烤温度视分子量的大小决定。
4)NMP:脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施,直接使用。
2.1.2物料球磨:
1)4小时结束,过筛分离出球磨;
2)将LiCoO2和CarbonECP倒入料桶,同时加入磨球(干料:磨球=1:1),在滚瓶及上进行球磨,转速控制在60rmp以上
2.1.3原料的掺和:
1)粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。
2)钴酸锂和导电剂球磨:使粉料初步混合,钴酸锂和导电剂粘合在一起,提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中,球磨时间一般为2小时左右;为避免混入杂质,通常使用玛瑙球作为球磨介子。
2.1.4干粉的分散、浸湿:
原理:固体粉末放置在空气中,随着时间的推移,将会吸附部分空气在固体的表面上,液体粘合剂加入后,液体与气体开始争夺固体表面;如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强,液体不能浸湿固体;如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强,液体可以浸湿固体,将气体挤出。
当润湿角≤90°,固体浸湿。当润湿角>90°,固体不浸湿。
正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿,所以正极粉料分散相对容易。
分散方法对分散的影响:
1)静置法(时间长,效果差,但不损伤材料的原有结构);
2)搅拌法:自转或自转加公转(时间短,效果佳,但有可能损伤个别材料的自身结构)。
搅拌桨对分散速度的影响:搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低的状态,效果佳。
搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高,分散速度越快,但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。
浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小,分散速度越快,但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。
浓度对粘结强度的影响。浓度越大,柔制强度越大,粘接强度越大;浓度越低,粘接强度越小。
真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出,降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。
温度对分散速度的影响。适宜的温度下,浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮,太冷浆料的流动性将大打折扣。
稀释:将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星储能网获悉,据伊金霍洛发布消息,5月13日,鄂尔多斯50GWh锂离子储能电池智能制造项目在蒙苏经济开发区动工建设。据悉,该项目总投资约200亿元,采用全球顶尖工艺、技术和设备,使用风光绿电替代网电,全过程零碳生产安全性能高、生命周期长、度电成本低的锂离子电池,集成制造动力系统和储能系
北极星储能网获悉,据内蒙古准格尔经济开发区消息,5月9日,内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司年产2万吨硅碳负极材料项目在准格尔旗开工。该项目总投资22亿元,占地400亩,由常州硅源新能材料有限公司投资成立的内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司运营,规划总产能为2万吨/年硅碳负极材料,项目分三
北极星储能网获悉,5月8日,河北省工业和信息化厅发布对政协河北省第十三届委员会第二次会议第0536号提案的答复。文件提出,组织开展锂离子电池、光伏制造行业规范公告申报及自查工作,秦皇岛芯驰光电等2家企业纳入《锂离子电池行业规范条件》公告,行业规范管理水平进一步提升。原文如下:对政协河北
据准格尔旗发布消息,近日,总投资27.15亿元的鄂尔多斯新创新材料有限公司年产8万吨锂离子电池负极材料项目进入投产倒计时。据了解,该项目总投资27.15亿元,主要以石油焦、针状焦和固体沥青为原料,经磨粉、造粒、低温炭化等工艺流程,生产广泛应用于动力电池及储能领域的锂离子电池负极材料,设计年
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国锂离子电池设备行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球锂离子电池设备市场规模达到1868.7亿元,同比增长24.2%,其中中国市场规模达到1370.5亿元。EVTank在白皮书中表示,近几年中国锂离子电池产能快速扩张为锂离子电池设备创
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
北极星电池网获悉,据“宁乡发布”消息显示,5月9日,湖南宁乡高新区在长沙举行坚峰新型SEV智能电动车总部及研发中心与生产基地项目签约仪式。据悉,此次签约的坚峰新型SEV智能电动车总部及研发中心与生产基地项目拟投资50亿元,规划建设新型SEV智能电动车总部、研发及生产基地。项目分两期建设,一期
近期,一些国家炒作所谓中国“产能过剩论”,指责中国新能源产业依靠补贴大量出口,过剩产能冲击国际市场。这一谬论有悖常理、有违事实,本质是“双标”和贸易保护主义的新伎俩。中国新能源产业在开放竞争中练就了真本事,代表的是先进产能,不仅丰富了全球供给,缓解了全球通胀压力,也为全球应对气候
有业内人士表示,废弃动力电池回收再利用能够节约资源、降低生产成本。我国动力电池回收市场潜力巨大,随着相关政策标准进一步实施和完善,电池回收产业发展将加速步入快车道。(文章来源微信公众号:中国能源报ID:cnenergy作者:姚美娇)随着新能源汽车市场不断发展壮大,动力电池回收利用需求也日趋
一场大碰撞即将来临,美国对于中国新能源汽车的“关税铁幕”即将落下,冲击究竟有多大?我们真的要活不下去了吗?还是仅仅是一场“表演秀”?关税铁幕,冲击究竟有多大?近日,《华尔街日报》曝出,拜登政府预计将于近期正式宣布这一重磅关税措施。美国计划将中国电动汽车进口关税从目前的25%大幅提高
北极星储能网获悉,据Stellantis集团消息,5月14日,Stellantis集团和零跑汽车宣布:两家公司已通过关于成立“LeapmotorInternationalB.V.”(零跑国际)的所有必要性审批,由Stellantis集团主导的零跑国际正式组建完成。合资公司由Stellantis集团持有51%的股份,零跑汽车则持有49%。零跑汽车的国际总
记者从13日举办的2024年北京市节能宣传周启动仪式上获悉,北京将大力推广“新能源车充新能源电”,创新探索促进电动汽车消费绿色电力的交易机制,激发供需两侧潜力,引导和鼓励电动汽车充电负荷购买使用绿色电力,实现电动汽车绿色出行。“绿电”是资源节约型、环境友好型电能产品,推进“绿电”使用,
在日前举办的2024世界品牌莫干山大会上,重庆两江新区与工信部装备中心签署战略合作协议,国际新能源汽车品牌中心揭牌并落户重庆两江新区。据悉,国际新能源汽车品牌中心将在两江新区打造新能源汽车检测认证基地和进出口交易基地,聚焦新能源汽车品牌展示、品牌活动、品牌研究咨询和品牌交流,通过制定
北极星储能网获悉,5月13日,青岛市人民政府印发《青岛市推动大规模设备更新和消费品以旧换新实施方案》。其中提到,推动交通运输设备转型。持续推进城市公交车电动化替代,支持老旧新能源公交车和动力电池更新换代。加快淘汰国三及以下排放标准非营运柴油货车,到2025年,完成省下达的淘汰任务。鼓励
北极星氢能网获悉,2024年5月11日,中汽协会发布2024年4月汽车工业经济运行情况。其中,2024年4月燃料电池汽车产销均完成300辆,同比分别下降18.5%和32.2%。1-4月,燃料电池汽车产销均完成0.1万辆,同比分别增长12.5%和8.4%。根据公布的数据显示,4月,新能源汽车产销分别完成87万辆和85万辆,同比分别
北极星储能网获悉,近日,知名AI行业领袖、PPTVPPIO创始人姚欣先生宣布,将向易能时代投资20亿元人民币。据悉,深圳市易能时代科技有限公司,是从事充电模块产品研发销售的企业,曾在2022年3月13日发布首款产品——“启明”充电桩模块。据称,易能时代采取了与业内头部企业完全不同的技术路线。该产品
《日本经济新闻》网站11日报道说,中国电动汽车在拉美市场影响力不断扩大。今年前4个月,中国电动汽车在巴西市场新车销量达到去年同期的8倍。根据巴西汽车经销商联合会的数据,中国汽车制造商的电动汽车和插电式混合动力汽车在巴西越来越受欢迎,今年以来在巴西的销量增长迅速,1月至4月的销量达48000
北极星电池网获悉,据常州滨江经开区消息,5月14日,江苏睿恩新能源科技有限公司(简称“睿恩新能源”)与中兴通讯股份有限公司(简称“中兴通讯”)智慧工厂战略合作框架协议签订仪式。睿恩新能源高倍率电芯研发制造基地一期项目占地324亩,总投资约60亿元,目前,睿恩新能源一期项目正全面推进中,将于20
北极星储能网获悉,5月15日内蒙古工信厅发布《内蒙古自治区锂产业发展指导意见》。文件提出,到2025年,初步构建全区锂产业链,锂精矿产能达到5万吨/年(折碳酸锂当量),磷酸铁锂正极材料52万吨/年,负极材料176.4万吨/年,电解液3万吨/年,隔膜15亿平方米/年,电池29GWh/年,锂产业链产值达到700亿元
中国商务部新闻发言人14日就美方发布对华加征301关税四年期复审结果发表谈话时强调,中方坚决反对并严正交涉。5月14日,美方发布对华加征301关税四年期复审结果,宣布在原有对华301关税基础上,进一步提高对自华进口的电动汽车、锂电池、光伏电池、关键矿产、半导体以及钢铝、港口起重机、个人防护装备
北极星储能网获悉,据和田日报消息,近日,新疆和田县人民政府与湖南中嶒能源有限公司签订年产1GWh钛锂高能动力电池生产项目招商引资投资协议。据了解,此次签约项目总投资达6.33亿元,将利用现有四栋24000平方标准化工业厂房安装年产1GWh的钛锂高能动力电池自动化生产线。项目达产后预计实现营业收入
半固态电池已经大概率或将会成为今年“最靓的仔”。“左右逢源”的半固态电池,一方面能够突破液态锂电池能量密度天花板,动辄就300Wh/kg以上,另一方面能够兼顾现有设备产线,让固态电池能够提前“下凡”。截至目前,上汽、广汽、一汽、东风、蔚来、长安等车企,已经或即将批量生产半固态电池车型。同
锂价走势是决定锂企业绩情况的核心指标。自2022年12月以来,碳酸锂价格持续下跌,锂电池重要原材料碳酸锂价格剧烈下行,锂行业景气度走弱,相关企业利润下滑。锂电行业供需格局会否生变,锂电企业又如何适应新变化?《中国能源报》记者就此进行了采访。近日,锂矿龙头企业天齐锂业发布业绩公告,今年第
北极星储能网获悉,据沅江发布消息,5月11日,总投资6.15亿元的湖南路华新能源项目签约落户沅江高新区。该项目由湖南路华新能源技术有限公司投资建设,选址落地在沅江高新区状元路交中联大道东北角地块,总投资6.15亿元,分三期投资,其产线内容包括软包电池生产线、PACK生产线。该项目全面建成并达产
匈牙利是欧洲不起眼的“小国”,却成为继美国、中国和德国之后世界第四大电池制造大国,并正在向欧洲“电池一哥”德国发起挑战。匈牙利是怎么做到的?中国新能源企业在这里有哪些布局?5月9日,国家主席习近平在匈牙利首都布达佩斯展开访欧行的最后一站行程。习主席的这次出访,也让落在欧洲中部,历史
截至2024年4月底,锂电上市公司均已完成2023年年报披露,为详细了解锂电行业上市企业业绩表现情况,GGII梳理了141家锂电上市企业2023年的营收及净利润情况,涵盖锂盐、锂电材料、锂电池、锂电设备等全产业链环节,并对其进行了深入解析。营收据GGII不完全统计,2023年中国锂电上市公司营收总额约1.64万
5月9日,林洋能源与五河县人民政府举行深度会谈,并就具体项目签署合作协议。五河县委书记金胜庆,林洋集团总裁、林洋能源董事长陆永华出席会谈并见签。五河县副县长朱儒林、林洋储能董事长施洪生分别代表双方签约。根据协议内容,林洋能源计划在五河县投资新建年产1.5GWh的锂电池PACK生产线,预计于20
北极星储能网获悉,5月10日,在2023年度业绩说明会上,黑芝麻表示,公司的储能锂电池生产基地项目目前尚未正式投建。2023年5月,经公司股东大会审议通过了《关于全资子公司主营业务转型及投资建设储能锂电池生产基地的议案》后,公司立即组成专班开展该生产基地包括但不限于与所在地政府签署《投资协议
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!