教学项目十二 锂离子电池的制造与产业（教学课件）- 《电动汽车动力蓄电池与管理系统》同步精品课堂

教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 《电动汽车动力蓄电池及管理系统》 教学目标 1.了解常见锂离子电池正极材料及分类。 2.了解锂矿石种类与磷酸铁锂的制取。 3.了解锂电池生产工艺。 教学重、难点 1.锂电池生产工艺及相关流程。 教学导入方法 通过锂离子电池的重要意义与锂矿石在世界的分布引入课题。 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 教学主要内容目录 五、思考题 一、常见锂离子电池正极材料及分类 二、锂矿石 三、磷酸铁锂的制取 四、锂电池生产工艺 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 一、常见锂离子电池正极材料及分类 市场上常见的锂离子电池正极材料简单分为四类，即： 磷酸铁锂（LiFePO4） 锰酸锂（ LiMn₂O₄ ） 钴酸锂（ LiCoO₂ ） 三元材料（ LiNiₓCoMnO₂） 三元材料： 可以分为镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂，镍钴锰酸锂又分为镍钴锰酸锂111系列，333系列，523系列，622系列，811系列等。 常见的锂离子电池正极材料 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 二、锂矿石 制取锂的矿石原料主要有： 锂辉石(含Li2O 5.8%～8.1% ) 锂云母(含Li2O 3.2%～6.45% ) 磷锂铝石(含Li2O 7.1%～10.1% ) 宝石级的锂辉石 锂云母 磷锂铝石 2007年，智利、中国和阿根廷是碳酸锂产能最大的3个国家，满足了全球94%的碳酸锂需求。 碳酸锂是主要用于制备钴酸锂、锰酸锂、三元材料及磷酸铁锂等锂离子电池正极的基础材料。 锂矿石经煅烧等工艺，可以制取碳酸锂（ Li2CO3 ）。 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 锂辉石矿石的开釆 将锂辉石和石灰石高温烧结生成铝酸锂再浸出氢氧化锂溶液，与碳酸钠反应制得碳酸锂（Li2 CO3）。 锂辉石 主要成份为硅酸铝锂LiAl(SiO3)2 碳酸锂（ Li2 CO3 ） 锂辉石 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 磷酸铁（FePO4）与碳酸锂（ Li2 CO3 ）配比混合并在窑炉中固相焙烧制取磷酸铁锂（LiFePO4）。 磷酸铁锂窑炉 混合配比 三、磷酸铁锂的制取 碳酸锂（ Li2 CO3 ） 磷酸铁（FePO4） 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 橄榄石晶型的LiFePO4 LiFePO4晶体中的Li+离子——“脱嵌”与“嵌入”，实现了正电荷的定向移动。 Li+离子的“脱嵌”与“嵌入” 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 锂电生产按照锂电池生产工艺来看，可以分为极片制造（前道设备）、电芯组装（中道设备）、电芯激活检测和电池封装（后道设备）。 四、锂电池生产工艺 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 锂离子电池的正极片的组成： 1.基体：正极集流体，约0.01mm的铝箔。 2.正极涂层：涂布在基体上正极材料。 基体（铝箔） 磷酸铁锂（LiFePO4） 例： 磷酸铁锂电池正极片，在铝箔上涂布一层以磷酸铁锂为主的正极涂层材料。 （一）正极片的组成 正极片 注： 锂离子电池正极基体不能使用铜箔。因为正极电位高，铜箔在高电位下很容易被氧化，而铝的氧化电位高，且铝箔表层有致密的氧化膜，对内部的铝也有较好的保护作用。 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 （二）正极片的主要生产工艺 1.正极配料 配料： 活性物质——如：磷酸铁锂等正极材料 导电剂——炭黑导电剂SP、石墨烯等 溶剂——如：N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP） 粘结剂——聚偏氟乙烯（PVDF） 导电剂增加正极材料导电性能,溶剂将各种电极所需物质融合在一起,粘结剂将各种成分粘接到一起，形成具有粘附性的材料，然后再和铝箔粘接在一起。 溶剂NMP 粘结剂（PVDF） LiFePO4 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 2.制浆——制备正极涂层浆料 制浆——制备正极涂层浆料 正极配料通过搅拌机搅拌均匀,形成可流动的正极涂层材料。 制浆是将活性物质粉体、粘结剂、导电剂等和溶剂按照一定比例、顺序和条件混合均匀制成稳定悬浮液的过程。 实验室制浆 搅拌三要素： 润湿 分散 稳定 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 3.涂布 一般采用分段涂布，不同型号的电池需要的每段极片长度不同。 实验室人工涂布 工业涂布 涂布是将正极悬浮液浆料以狭缝挤压式涂布于铝箔的正反两面上，然后进行干燥成膜的过程。 涂布工艺示意 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 比亚迪刀片电池生产车间—正极涂布 涂布工序的执行质量深刻影响着成品电池的一致性、安全性、循环寿命，涂布机也是前段工序中价值最高的设备。 教学项目十二 锂离子电池的制造与产业 4.对辊 正极涂层厚