2025年锂离子电池生产工艺.doc

目录

TOC\o1-3\h\z\u1．设计的目的与任务 2

1.1課程设计背景 2

1.2課程设计目的与任务 2

2．设计的详细内容 3

2.1原材料及设备的选用 3

2.2電池的工作原理 4

2.3電池的制备工艺设计 4

2.3.1制片車间的工艺设计 4

2.3.2装配車间的工艺设计 7

2.3.3化成車间工艺设计 8

2.3.4包装車间工艺设计 9

2.4廠房设计 10

3．經济效益 10

4．對本设计的评述 11

参照文献 12

1．设计的目的与任务

1.1課程设计背景

自從1990年SONY采用可以嵌锂的钴酸锂做正极材料以来,锂离子電池满足了非核能能源開发的需要,同步具有工作電压高、比能量大、自放電小、循环寿命長、重量轻、無记忆效应、环境污染少等特點,現成為世界各国電源材料研究開发的重點[1~3]。锂离子電池已广泛应用于移動電话、便携式计算机、摄像机、摄影机等的電源,并在電動汽車技术、大型发電廠的储能電池、UPS電源、醫疗仪器電源以及宇宙空间等领域具有重要作用[4~5]。

正极材料作為决定锂离子電池性能的重要原因之一,研究和開发更高性能的正极材料是目前提高和发展锂電池的有效途径和关键所在。目前,已商品化的锂電池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等,而层状钴酸锂正极材料凭借其電压高、放電平稳、生产工艺简朴等長处占据著市場的重要地位,也是目前唯一大量用于生产锂离子電池的正极材料[6~8]。

18650電池是指外壳使用65mm高，直径為18mm的圆柱形钢壳為外壳的锂离子電池。自從上個世纪90年代索尼推出之後，這种型号的電池一直在生产，經久不衰。通過近的发展，目前制备工艺已經非常成熟，性能有了极大的提高，体积能量密度已經提高了将近4倍，并且成本在所有锂离子電池中也是最低，目前早已走出了本来的笔记本電脑的使用领域，作為首选電池应用于動力及储能领域。

1.2課程设计目的与任务

如前文所述，在目前商业化的锂离子電池中，诸多廠家都选用层状构造的LiCoO2作為正极材料。其理论容量為274mAh/g，实际容量為140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。本设计拟通過以LiCoO2作為正极材料的18650锂電池電芯器件作為模型，從原料选择、设计原理、制备工艺、封装条件、工作状况等方面進行系统调研，并设计出對应的電池器件。设计者将通過查阅资料、課題讨论、技术交流等方式，逐渐设计出合理、科學的18650锂電池電芯，培养初步的科研思维和科研能力；通過這一综合训练，使我對实际的新能源产品有初步的、宏观的认识和理解，為即将開展的毕业设计乃至实际生产工艺设计奠定必要的基础。

本次设计包括如下任务：

（1）18650锂電池電芯制备原料的选用：将列出所选原料的种类、选择根据以及重要原料的使用技术规定；

（2）阐明18650锂電池電芯的工作原理

（3）對18650锂電池電芯的制备工艺進行设计：包括電池各部件的详细制备流程（画出流程简图）；制备措施及所用到的设备；画出必要的设备装置示意图；制备過程中重要的工艺参数及其选择根据；電池工作环境规定并阐明根据。

（4）對18650锂電池電芯生产廠進行设计，并评估其产能和經济效益。包括：車间设备布置和工廠总平面布置，成本利润概算，投资评估。

2．设计的详细内容

本次设计的产品圆柱形18650锂電池電芯如图2-1所示。我們是按原材料及设备的选用→生产車间工艺设计→廠房设计→综合评估的次序来進行设计的。其中，生产車间工艺的设计為本次设计的重中之重，如下图2-2所示。其他部分的设计如原材料、仪器设备、廠房等将在後续内容中展開以及附图中体現。

图2-1圆柱形18650锂電池電芯图2-2圆柱形18650锂電池電芯生产流程

2.1原材料及设备的选用

本设计选用的重要原料為LiCoO2、石墨、乙炔黑、导電石墨、PVDF、NMP、MCMB、隔阂、電解液、铝箔、铜箔、极耳、钢壳、PVC等。重要仪器设备有真空混料机、间隙涂布机、碾压机、极片连轧生产线、全自動分切机、全自動极耳焊接贴胶机、半自動卷绕机、全自動注液机、滚槽机、封口机、全自動清洗机、化成设备、全自動喷码机、分容柜等。

2.2電池的工作原理

18650锂离子電池重要包括正极、负极和電解质，它运用锂离子在正极和负极之间形成嵌入化合物的锂状态和電位的不一样，通過電子的得失来实現充電和放電過程。充電時，Li+從正极脱嵌通過電解质嵌入负极石墨，而放電時，Li+從石墨脱嵌，通過電解质嵌入正极，如图2-3所示。反应式如下：

正极反应：LiCoO2?Li1-xCoO2+xLi++xe-

负极反应：6C+xLi++xe-?LixC