锂电池与我们生活息息相关,扮演着不可或缺的角色。比如我们每天不离手的手机以及笔记本电脑,家用电器等。作为交通工具的飞机、混合动力车、电动车等对锂离子电池的需求也显著增加。在锂离子电池的制造过程中,有很多东西是必须严格控制的,一是粉尘,二是金属颗粒,三是水分。
二、水分对锂电池的影响及市场现状
2.1水分会对锂离子电池造成哪些不良影响?
主要表现为电池容量小,放电时间变短,内阻增大,循环容量衰减,电池膨胀等现象,因此在锂离子电池的制作过程中,必须要严格控制环境的湿度和正负极材料、隔膜、电解液的含水量。
2.2锂离子电池水分控制方法检测现状?
目前市场上水分含量测定的技术方法常用的是加热失重法和卡尔费休法,由于锂电池行业所测样品含水量极低,样品状态不同,如石墨,隔膜,电极,电解液等,化学卡尔费修方法耗材量大,试剂很难与样品产生化学反应,试剂对使用人员身体伤害大,因此企业都会选用加热失重法水分测定仪10PPM精度来测试样品。
三、分析与方法
3.1仪器
CS-115电池专用款快速水分检测仪
3.2技术参数及特点
特点:
●专业水份测定,从开始到结束提供快的速度
●超大彩色触摸屏,明亮且易于阅览显示屏
●先进的卤素环形灯技术是确保快速加热和温度控制的关键,终结果在短的时间内发布
●独特的测试物质,验证环形灯总体性能,适用快速加热并迅速获得结果操作简单,只需轻触屏幕点击测试即可
●坚固结构,适用于车间,实验室,野外等地测试
●智能功能,实现有据可查的性能
1.1微型打印机一台
1.2电脑连接软件一套
3.3锂离子电池水分测定原理
CS-115电池原料水分分析仪液晶触摸屏显示操作采用率的烘干加热器-高品质的环状灯管,对样品进行快速、均匀的加热,样品的水份持续不断的被烘干。整个测量过程,仪器全自动的实时显示测量结果:样品重量、含水量、测定时间、加热温度等;应用了国际烘箱干燥法原理,测定结果与烘箱法水分测定具有良好的一致性,工作效率却远远高于烘箱法水分测定,一般样品只需要几分钟即可测量完毕,因此受到广大用户的青睐与好评。
3.4锂离子电池水分测定方法
1、把仪器放在平面的试验台上,掀开加热筒,放上配件(三脚架、托架、样品盘),开机仪器自动预热
2、仪器进行校准,校准的方法:放入20克砝码,点击屏幕上的“校准”按键即可
3、取样品均匀地放在称量盘上合上加热筒,接着按“开始测试”键,加热灯亮,仪器进行测试;
4、测定过程中,屏幕上实时显示相关的数据(水分、干重、取样量、时间、温度等)
5、测定结束仪器自动停止并锁定水分值及相关数据,记录数据后清理样品盘内干重(备注:配有打印机时点击屏幕打印功能直接打印相关的数据)
锂离子单体电池可能是通过堆叠不同的电极片,或者通过卷绕电极片成蛋糕卷形构成典型的圆柱体单体电池,电极片的堆叠货卷绕可能被潜入刚性的有衬垫的密封外壳内,激光焊接的刚性外壳内,或者热密封的铝塑袋内。 一个锂离子电池组可以由与辅助的保护电路包装在一起的一个或多个单体电池组成,并联单体电池可以增加电池组的容量,串联单体电池可以增加电池组的电压,因此,大多数电池组都表明其标称电压,可以用来推断串联单体电池的数量,以Ah或Wh表明的容量可以推算并联单体电池的容量。 对于大型电池组,单体电池可以连接(并联或串联)成模组。模组可以再连接成电池组。 单体电池是由被微孔聚乙烯或聚丙烯隔膜隔离的正负极构成的一个电化学体系。电池在充放电过程中发生氧化还原反应。电解质为离子导体,确保正负极间的例子传递,电极和隔膜可以被卷成Jelly Roll形或平行层叠在一起,然后放入铝壳。不锈钢货铝塑包装内。 一般例子电池按照如下步骤产生:涂政府极活性材料于薄的经书薄膜上,在正负极之间加入隔膜然后卷绕,将卷好的电极放入电池外壳中,注入电解液,最后密封,这一生产过程可以粗略的分为一下五个主要过程: 1、正负极材料的混浆,涂覆,切片,碾压过程; 2、正极,负极和隔膜的卷绕过程; 3、缠绕的电池芯装入电池外壳内和注入电解液过程; 4、密封过程; 5、定型,老化和单体电池的选择过程; 5.1混浆与电机图层; 在电机构成的过程中,活性材料涂覆在金属膜上,正极由活性材料,导电剂和粘接剂构成。 5.2单体电池的组成;
以上是关于锂离子电池的生产过程,希望能够给您帮助。
1、水分
过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环,同时水分过多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分难以除去的同时,痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
2、正负极压实
正负极压实过高,虽然可以提高电芯的能量密度,但是也会一定程度上降低材料的循环性能,从理论来分析,压实越大,相当于对材料的结构破坏越大,而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外,正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量,而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、测试的客观条件
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或少影响循环性能测试结果,另外,不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同,统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。
4、负极过量
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外,对循环性能的影响也是一个考量,对于钴酸锂加石墨体系而言,负极石墨成为循环过程中的"短板"一方较为常见,若负极过量不充足,电芯可能在循环前并不析锂,但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容量过早下降。
5、涂布膜密度
单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务,膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异,对同型号同容量同材料的电芯而言,降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环,考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些,当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制,活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响,更多的层数意味着更多的箔材和隔膜,进而意味着更高的成本和更低的能量密度,所以,评估时也需要均衡考量。
6、材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素,选择了循环性能较差的材料,工艺再合理、制成再完善,电芯的循环也必然无法保证;选择了较好的材料,即使后续制成有些许问题,循环性能也可能不会差的过于离谱,从材料角度来看,一个全电池的循环性能,是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中,较差的一者来决定的,材料的循环性能较差,一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂,一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料,浪费。
7、电解液量
电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因,一是注液量不足,二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分,三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。第三点,正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成,而右眼可见的表现,既为循环过程中电解液的消耗速度,不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯,若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕,则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
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