锂电池涂布工艺操作(锂电池涂布工艺操作视频)

锂电池涂布定义？

目前，电动车、储能电池等新能源产业在全球范围内发展迅速。作为公认的理想储能元件，动力锂电池也得到高度关注。涂布机是动力锂电池极片的生产关键工艺设备。目前，锂电池极片涂布工艺主要有刮刀式、辊涂转移式和狭缝挤压式等。我在工作过程中，这三种涂布方式都接触过。一般实验室设备采用刮刀式，3C电池采用辊涂转移式，而动力电池多采用狭缝挤压式。

刮刀涂布

工作原理如图1所示，箔基材经过涂布辊并直接与浆料料槽接触，过量的浆料涂在箔基材上，在基材通过涂辊与刮刀之间时，刮刀与基材之间的间隙决定了涂层厚度，同时将多余的浆料刮掉回流，并由此在基材表面形成一层均匀的涂层。刮刀类型主要逗号刮刀。逗号刮刀是涂布头中的关键部件之一，一般在圆辊表面沿母线加工成形似逗号的刃口，这种刮刀具有高的强度和硬度，易于控制涂布量和涂布精度，适用于高固含量和高黏度的浆料。

辊涂转移式

涂辊转动带动浆料，通过逗号刮刀间隙来调节浆料转移量，并利用背辊和涂辊的转动将浆料转移到基材上，工艺过程如图2所示。辊涂转移涂布包含两个基本过程：

(1)涂布辊转动带动浆料通过计量辊间隙，形成一定厚度的浆料层;

(2)一定厚度的浆料层通过方向相对的涂辊与背辊转动转移浆料到箔材上形成涂层。

狭缝挤压涂布

作为一种精密的湿式涂布技术，如图3所示，工作原理为涂布液在一定压力一定流量下沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上。相比其它涂布方式，具有很多优点，如涂布速度快、精度高、湿厚均匀;涂布系统封闭，在涂布过程中能防止污染物进入，浆料利用率高、能够保持浆料性质稳定，可同时进行多层涂布。并能适应不同浆料粘度和固含量范围，与转移式涂布工艺相比具有更强的适应性。

目前，电动车、储能电池等新能源产业在全球范围内发展迅速。作为公认的理想储能元件，动力锂电池也得到高度关注。涂布机是动力锂电池极片的生产关键工艺设备。目前，锂电池极片涂布工艺主要有刮刀式、辊涂转移式和狭缝挤压式等。我在工作过程中，这三种涂布方式都接触过。一般实验室设备采用刮刀式，3C电池采用辊涂转移式，而动力电池多采用狭缝挤压式。刮刀涂布工作原理如图1所示，箔基材经过涂布辊并直接与浆料料槽接触，过量的浆料涂在箔基材上，在基材通过涂辊与刮刀之间时，刮刀与基材之间的间隙决定了涂层厚度，同时将

要形成稳定均匀的涂层，涂布过程中就需要同时满足这几个条件：

(1)浆料性质稳定，不发生沉降，粘度、固含量等不变化。

(2)浆料上料供应稳定，在模头内部形成均匀稳定的流动状态。

(3)涂布工艺在涂布窗口范围内，在模头与涂辊之间形成稳定的流场。

(4)走箔稳定，不发生走带滑动，严重抖动和褶皱。

怎样解决锂电涂布中的缺陷？

锂电涂布在生产过程中会存在一些缺陷。

1. 气孔：一是气泡产生(搅拌过程、输运过程、涂布过程)；气泡产生的针孔缺陷比较容易理解，模温机有助于涂布机控温保温。提高涂布质量和良品率，树脂设备。

2. 涂布过程中产生的浪费主要是初始调机（跟工艺员操作水平有关）、涂布中断箔、混入异物等，模温机有助于涂布机控温保温，每次停机都将会产生一定距离的浪费，降低成本是涂布工艺需要研究的重要内容。

3. 发现这是导电剂的团聚体。这种缺陷主要还是改善浆料搅拌工艺来消除。

4. 形成缩孔点状缺陷。预防措施主要有：涂液过滤除铁、环境粉尘控制、基材表面清洁。

5. 团聚体颗粒凸起：如果浆料搅拌不均匀，液膜向颗粒周围发射状迁移，在膜表面破裂形成针孔缺陷。模温机。气泡主要来自搅拌、涂液输运以及涂布过程。

锂电涂布过程中就需要同时满足这几个条件：走箔稳定，在模头内部形成均匀稳定的流动状态、浆料上料供应稳定、模温机温度控制稳定

做锂电池的涂布工艺对人体的危害有多大、

做锂电池的涂布工艺是有危害的。锂离子电池对人体是绝对有危害的。危害最大的是电解质溶液，电解液为有机易挥发性液体，而且有明显的腐蚀性，长时间吸入挥发性气体对呼吸道有损害。

如果是做电芯的，电芯内部的东西对人身体有害，不建议去，上班要带防毒面具或者口罩。之前在不知道的情况去打开一个电芯配料桶，熏了一下，直接一天吃不下饭，如果是做PACK的，基本对身体没有影响（个别工位需要接触到有机溶剂），这个是有害的。

注意事项

存储要求：在温度为20±5℃、湿度为不超过50%的环境中，运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀。

本产品分为A、B两款，各自的关键特性为：A款外观为黑色，常规涂层厚度为双面4~8μm，导电性能较更为突出；B款外观为淡灰色，常规涂层厚度为双面2~3μm，涂层区可做较少层的焊接，并可以涂布机识别跳间隙。

B款（灰色）涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊，只适合卷绕式电池焊接极耳（极片最多2-3层），但超声的功率、时间需做一些微调。

碳层的散热性要比铝箔差些，故做涂布时需对带速与烘烤温度适当微调。

本产品对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升，但不可作为改变电池某方面性能的主要因素，如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。

以上内容参考：百度百科-锂电池

锂电池的原理及生产工艺流程？

一、锂离子电池原理

1.0 正极构造

LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）正极

2.0 负极构造

石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）负极

电芯的构造

电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。

根据上述的反应机理，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XLi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X0.5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。所以锂电芯的安全充电上限电压≤4 .2V，放电下限电压≥2.5V。

3.0工作原理

锂电池内部成螺旋型结构，正极与负极之间由一层具有许多细微小孔的薄膜纸隔开。锂离子电芯是一种新型的电池能源，它不含金属锂，在充放电过程中，只有锂离子在正负极间往来运动，电极和电解质不参与反应。锂离子电芯的能量容量密度可以达到300Wh/L，重量容量密度可以达到125Wh/L。锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正负极之间嵌入脱出，往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在，因此锂离子电芯更加安全稳定。锂离子电池的正极采用钴酸锂，正极集流体是铝箔；负极采用碳，负极集流体是铜箔，锂离子电池的电解液是溶解了LiPF6的有机体。

锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生茶鞥的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈现层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，党对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，有运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

锂离子电池盖帽上有防爆孔，在内部压力过大的情况下，防爆孔会自动打开泄压，以防止出现爆炸的现象。

锂离子电池的性能

1、高能量密度

与同等容量的NI／CD或NI／MH电池相比，锂离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类电池的1.5～2倍。

2、高电压

锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使其端电压高达3.7V，这一电压是NI／CD或NI／MH电池电压的3倍。

3、无污染，环保型

4、循环寿命长

寿命超过500次

5、高负载能力

锂离子电池可以大电流连续放电，从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。

6、优良的安全性

由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性。

※在生产加工中如何保证设计好的C/A比成了生产加工中的关键。所以在生产中应就以下几个方面进行控制：

1.负极材料的处理

1)将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离，避免了局部电化学反应过度激烈而产生负反应的情况，提高了电芯的安全性。

2）提高材料表面孔隙率，这样可以提高10%以上的容量，同时在C/A 比不变的情况下，安全性大大提高。处理的结果使负极材料表面与电解液有了更好的相容性，促进了SEI膜的形成及稳定上。

2.制浆工艺的控制

1)制浆过程采用先进的工艺方法及特殊的化学试剂，使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。提高了各组之间的相容性，阻止了材料在搅拌过程“团聚”的现象。

2)涂布时基材料与喷头的间隙应控制在0.2mm以下，这样涂出的极板表面光滑无颗粒、凹陷、划痕等缺陷。

3)浆料应储存6小时以上，浆料粘度保持稳定，浆料内部无自聚成团现象。均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性，从而提高了电芯的一致性、安全性。

3.采用先进的极片制造设备

1)可以保证极片质量的稳定和一致性，大大提高电芯极片均一性，降低了不安全电芯的出现机率。

2)涂布机单片极板上面密度误差值应小于±2%，极板长度及间隙尺寸误差应小于2mm。

3)辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm，这样才能保证极板厚度的一致性。设备应配有完善的吸尘系统，避免因浮尘颗粒而导致的电芯内部微短路，从而保证了电芯的自放电性能。

4)分切机应采用切刀为辊刀型的连续分切设备，这样切出的极片不存在荷叶边，毛刺等缺陷。同样设备应配有完善的吸尘系统，从而保证了电芯的自放电性能。

4.先进的封口技术

目前国内外方形锂离子电芯的封口均采用激光（LASER）熔接封口技术，它是利用YAG棒（钇铝石榴石）激光谐振腔中受强光源（一般为氮灯）的激励下发出一束单一频率的光（λ=1.06mm）经过谐振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦点对准电芯的筒体和盖板之间，使其熔化后亲合为一体，以达到盖板与筒体的密封熔合的目的。为了达到密封焊，必须掌握以下几个要素：

1)必须有能量大、频率高、聚焦性能好、跟踪精度高的激光焊机。

2)必须有配合精度高的适用于激光焊的电芯外壳及盖板。

3)必须有高统一纯度的氮气保护，特别是铝壳电芯要求氮气纯度高，否则铝壳表面就会产生难以熔化的Al2O3（其熔点为2400℃）。

3.1 充电过程

如上图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。

正极上发生的反应为

LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)

负极上发生的反应为

6C+XLi++Xe=====LixC6

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。

二、 工艺流程

锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。

1、制浆：用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。

2涂膜：将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。

3、装配：按正极片—隔膜—负极片—隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕支持呢个电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。

4、化成：用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只锂电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。

磷酸铁锂电池制作工艺

磷酸铁锂电池和其他锂电池只是正极材料不同而已，工艺和其他锂电池大同小异。大的工序如下：配料-涂布-辊压-分切-制片-卷绕-组装-激光焊-烘烤-注液-活化-化成-封口-清洗-分容-分选。主要区别于磷酸铁锂材料导电性能差，所以材料颗粒做得比较细，比表面很大，导致配料分散比较难，而且容易吸水。其他的差异真不大。

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