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電池純鈷正極 |
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近國內(nèi)外企業(yè)開始研制高通量扣式電池自動組裝設(shè)備,用于電池關(guān)鍵材料的批量加速驗證和研發(fā)。一般的扣式電池殼型號有CR2032、CR2025、CR2016等,實驗室中常采用CR2032 型電池殼(即直徑為20 mm,厚度為3.2 mm)。
扣式電池殼用后則報廢,需增加金屬回收環(huán)節(jié)以免浪費和污染環(huán)境。還有一種可重復(fù)使用的電池——Swagelok電池,又稱為模擬電池,也經(jīng)常用于實驗室測試,其電池殼采用不銹鋼外殼和聚四氟乙烯內(nèi)膽,可重復(fù)使用
。Swagelok型電池拆解便捷,適合用于電池拆解分析。但模擬電池相對成本較高,且組裝出一致性較好的電池需要規(guī)范的訓(xùn)練和一定經(jīng)驗
鋰離子電池是一種高容量命環(huán)保電池,具有諸多優(yōu)點,是目前性能優(yōu)的二次電池產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于儲能、電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。
但是,鋰離子電池在能量密度、功率密度、壽命、環(huán)境適應(yīng)性、安全和成本方面均有較大的改進空間。電池極片充當(dāng)著電池充放電的載體作用,是整個鋰電池的核心,直接決定電池的電化學(xué)性能甚至安全性。
因此,極片制作工藝是制造過程中的基礎(chǔ)工藝,所以對于此環(huán)節(jié)所用設(shè)備的精度、智能化水平、生產(chǎn)性能的可靠性等要求非常高[1-2]。
電池極片是一種顆粒涂層組成的多孔復(fù)合材料,涂層均勻的涂敷在金屬集流體上,極片主要由四部分組成[3]:(1)活性物質(zhì)顆粒;(2)導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑混合組成相(碳膠相);(3)孔隙,填滿電解液;(4)金屬集流體。
鋰離子電池工作時電解液滲入多孔電極的孔隙中,在液-固兩相界面上進行電極反應(yīng),電極結(jié)構(gòu)主要包括組分、孔隙結(jié)構(gòu)、各組分的分散狀態(tài)及電極厚度及其均一度、比表面積等參數(shù)。
極片制造工藝一般流程為:活性物質(zhì),粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等混合制備成漿料,然后涂敷在銅或鋁集流體兩面,經(jīng)干燥后去除溶劑形成干燥極片,極片顆粒涂層經(jīng)過壓實致密化,再裁切或分條。
由于鋰離子電池的特點使得其對水份十分敏感,微量的水分都會嚴重的影響鋰離子電池的性能,因此在整個生產(chǎn)過程中都要嚴格控制材料中的水分含量,這其中包含了涂布后電極的烘干過程,碾壓后的電極烘干過程,電芯卷繞后的烘干過程等,
還包含在鋰離子電池整個生產(chǎn)過程中的環(huán)境水分控制,研究表明鋰離子電池在生產(chǎn)過程中33%的能量消耗在了電極的干燥過程中,46%的能量消耗在了干燥間的運行過程(樣品),因此鋰離子電池電極的干燥工藝對鋰離子電池的生產(chǎn)成本有著重大的影響。同時電極在涂布烘干后,再次進入到空氣環(huán)境中時還會發(fā)生在此的吸水,絕大部分吸水會發(fā)生在暴露在空氣中的小時。
電池極片涂布過程中,如果極片表面密度不同,則在輥壓過程中會出現(xiàn)一片過輥壓而另外一片輥壓不足。
在極片走帶過程中,張力控制相同的情況下,輥壓不足的地方則會出現(xiàn)部分活物質(zhì)脫落甚至斷箔的現(xiàn)象??刂剖站韽埩Γ乐未箢w粒雜質(zhì)落到極片表面可以有效減少極片斷裂。
電池極片滾壓厚度反彈主要是因為極片滾壓后殘余彈性變形量大、環(huán)境濕度大所致。可以通過熱滾壓、慢速輥壓、高速滾壓、減低環(huán)境相對濕度等措施解決。
電池極片板型不平整主要是因為極片滾壓變形量不均勻、前后張力小且不均勻或極片涂布厚度誤差所致
從電池能量密度來看,極片活性物質(zhì)的壓實密度影響電池的能量密度和功率密度。
從電池內(nèi)阻角度來看,因為極片上活性物質(zhì)的壓實密度和脫落程度影響著電池的歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)內(nèi)阻,從而影響著電池的各種性能。
從電池安全角度來看,極片上活性物質(zhì)的壓實密度均勻性,電池極片滾壓造成的表面粗糙度會影響電池負極析鋰、正極析銅、尖角放電,從而會造成安全隱患。
從加工狀態(tài)來看,輥壓后極片的理想狀態(tài)是極片表面平整、在光下光澤度一致、留白部分無明顯波浪、極片無大程度翹曲
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