近国内外企业开始研制高通量扣式电池自动组装设备,用于电池关键材料的批量加速验证和研发。一般的扣式电池壳型号有CR2032、CR2025、CR2016等,实验室中常采用CR2032 型电池壳(即直径为20 mm,厚度为3.2 mm)。
扣式电池壳用后则报废,需增加金属回收环节以免浪费和污染环境。还有一种可重复使用的电池——Swagelok电池,又称为模拟电池,也经常用于实验室测试,其电池壳采用不锈钢外壳和聚四氟乙烯内胆,可重复使用
。Swagelok型电池拆解便捷,适合用于电池拆解分析。但模拟电池相对成本较高,且组装出一致性较好的电池需要规范的训练和一定经验
锂离子电池是一种高容量命环保电池,具有诸多优点,是目前性能优的二次电池产品,广泛应用于储能、电动汽车、便携式电子产品等领域。
但是,锂离子电池在能量密度、功率密度、寿命、环境适应性、安全和成本方面均有较大的改进空间。电池极片充当着电池充放电的载体作用,是整个锂电池的核心,直接决定电池的电化学性能甚至安全性。
因此,极片制作工艺是制造过程中的基础工艺,所以对于此环节所用设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等要求非常高[1-2]。
电池极片是一种颗粒涂层组成的多孔复合材料,涂层均匀的涂敷在金属集流体上,极片主要由四部分组成[3]:(1)活性物质颗粒;(2)导电剂和黏结剂混合组成相(碳胶相);(3)孔隙,填满电解液;(4)金属集流体。
锂离子电池工作时电解液渗入多孔电极的孔隙中,在液-固两相界面上进行电极反应,电极结构主要包括组分、孔隙结构、各组分的分散状态及电极厚度及其均一度、比表面积等参数。
极片制造工艺一般流程为:活性物质,粘结剂和导电剂等混合制备成浆料,然后涂敷在铜或铝集流体两面,经干燥后去除溶剂形成干燥极片,极片颗粒涂层经过压实致密化,再裁切或分条。
含水量过高会严重的影响锂离子电池的循环性能,为了锂离子电池的使用寿命需要足够的烘干,将电极的水分除去。不同的材料在烘烤的过程中水分蒸发的特点不尽相同,例如石墨材料和LiFePO4材料,含水量比较干,因此需要稍长一些的烘干时间,并在烘干后尽快使用,避免在空气中暴露过长时间,减少材料吸水。
LiMn2O4材料烘干过程中水分释放不,也需要延长烘干时间,NCM523材料水分相对较少也比较容易烘干,烘干残留水分较少,因此可以适当减少烘干时间。LiCoO2材料水分含量少,也非常容易烘干,因此可以简化烘干制度。
对于常见的聚合物隔膜,由于其本身水分很低,且不易吸水,因此可以不烘干,而玻璃纤维隔膜水分含量很高,并且非常容易再次吸水,因此采用更加严格的烘干制度,并减少其在空气中的暴露时间。
随着锂离子电池在手机、电脑、汽车、储能等领域的广泛应用,人们对电池的安全性、能量密度和功率密度性能的需求越来越高。
为了提高锂离子电池的能量密度和功率密度,一些锂电新材料和新技术亟待开发。锂离子电池生产由多个工艺过程组成,为了得到安全可靠性高且性能一致性好的电池,需要对每一个生产工艺制定严格的监控措施,确保不良品不流入市场。
为了节约生产成本,提升生产效率,电池企业更加希望能在前工序阶段就能快速识别出异常,及时做出相应改善措施
对于锂离子电池来说,通常使用的正极集流体是铝箔,负极集流体是铜箔。为了集流体在电池内部稳定性,二者纯度都要求在98%以上。
随着锂电技术的不断发展,无论是用于数码产品的锂电池还是电动汽车的电池,我们都希望电池的能量密度尽量高,电池的重量越来越轻,而在集流体这块主要就是降低集流体的厚度和重量,从直观上来减少电池的体积和重量
一是铜铝箔导电性好,质地软,价格便宜。我们都知道,锂电池工作原理是将化学能转化为电能的一种电化学装置,那么在这个过程中,我们需要一种介质把化学能转化的电能传递出来,这里就需要导电的材料。而在普通材料中,金属材料是导电性好的材料而在金属材料里价格便宜导电性又好的就是铜箔和铝箔。
同时,在锂电池中,我们主要有卷绕和叠片两种加工方式。相对于卷绕来说,需要用于制备电池的极片具有一定的柔软性,才能极片在卷绕时不发生脆断等问题,而金属材料中,铜铝箔也是质地较软的金属。后就是考虑电池制备成本,相对来说,铜铝箔价格相对便宜,世界上铜和铝元素资源丰富