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            軟包鋰電池分選配組設備方案

            商品介紹
              

            電池測試在線供稿:軟包鋰電池分選配組設備方案

            軟包鋰電池的概念:磷酸鐵鋰和錳酸鋰軟包電池是在原有鋼殼、鋁殼、塑殼電池的基礎上發展起來的第三代動力鋰電池,以其更輕、更薄、循環壽命長、安全性能好、能量密度高、放電平臺穩定、功率性能出色、環保無污染等優勢,受到國內外用戶的青睞。

             

            一、             鋰離子電池的原理

            當充電時發生下述反應化學方程式:

            負極反應:

            正極反應:

            電池總反應:

            1 鋰離子電池工作原理

            二、             鋰離子電池的優點

            1)能量密度大

            2)電壓高

            3)使用溫度范圍廣

            4)自放電少(保存特性好)

            三、             存在的問題

                1)盡管小電流放電時能量密度高,但高負荷;

            2)急速充電(大電流充電)時循環壽命變短;

            3)小電流放電時循環特性非常差,因此高能量密度和循環特性發生沖突;

            4)安全性,特別是反復充電時,電池的安全性存在問題

            由于負極Li的形態伴隨充放電發生了變化,金屬Li放電時Li離子溶解在電解液中,反之充電時電解液中的Li離子變成金屬Li析出,這樣析出的Li不是以平滑的板狀而是以針狀結晶的形式長大,這就是所謂的樹枝狀結晶,即枝晶偏析問題成為安全問題和容量劣化的重要原因之一。

            四、             鋰離子電池的組成部分

            由五大部分組成:正極材料、負極材料、電解液、隔膜、鋁塑膜外殼。

            1 正、負極材料的組成

            分類

            正極材料

            負極材料

            活性物質

            三元材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2)、錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等

            石墨

            導電極

            SUPER-P/KS-6/KS-15

            SUPER-P/SP

            粘結劑

            PVDFHSV900

            CMC

            溶劑

            NMPN-甲基吡咯烷酮)

            去離子水(H2O

            集流體/載體

            鋁箔

            銅箔

            極耳和高溫膠帶

            鋁帶、鋁轉鎳和一種綠色的膠帶

            鎳帶和黃色高溫膠帶

            電解液:一般有LiPF6、LiBF4等復合鹽,有機溶劑為丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯等。

            隔膜:單層PE(聚乙烯)薄膜或者三層復合PP(聚丙烯)+PE(聚乙烯)+PP,單層厚度一般為0.0160.020mm,三層厚度一般為0.0200.025mm。

             

            五、             鋰離子電池的性能表征

            2 電池性能列表

            常規性能

            容量、電壓、電阻

            可靠性能

            循環壽命、放電平臺、自放電、貯存性能、高低溫性能

            安全性能

            過充、短路、針刺、跌落、震動

            循環壽命:電池在完全充電后完全放電,循環進行,知道容量衰減為初始容量的75%,此時循環次數成為循環壽命。

            放電平臺:鋰離子電池在完全充電后,放電到3.6V時容量記為C1,放電至3V時容量記為C0,C1/C0成為該電池的放電平臺

             

            六、             我們的設備:

            l              電芯數字化測試配組系統

            l              動力電池性能自動測試配組系統

            l              圓電數字化Pack全自動焊接系統

            l              圓電Pack半自動焊接機

            l              智能化電阻焊機

            l              筆電Pack自動點膠壓蓋系統

            l              動力鋰電安全性能測試系統

            七、             方案簡介:

            1.            設備主要模塊

               為了滿足不同用戶其特別的應用、特別的工藝,所導致特別需求,本設備采取模塊化功能設計的方式以供客戶依其不同需要來選配:

            l              嵌入式工控系統 (標配)

            l              內置數據庫服務器(標配)

            l              高精度內阻儀hk3561(標配)

            l              雙料盒式上料裝置、精密測量裝置、機械手自動分檔、自動料盒式收料等裝置(標配)

            l              容量數據鏈接及分選模塊(非標配、可選)

            l              條形碼掃描模塊KEYENCE BL601HA (非標配、可選)

            l              自放電率k測試模塊(非標配,可選)

            l              直流負載內阻檢測模塊 (非標配、可選)

            l              測試數據自動打印系統 (非標配、可選)

            1.            系統工作原理

               設備根據動力鋰電池的交流內阻或直流負載內阻(可選)、內阻開路電壓或負載電壓(可選)、自放電率(可選)、容量(可選)等參數,將電池性能按最多四項參數同時精確分擋配組,最多一次性分檔配對數為20組或30擋,大幅提高配組生產效率,提高配組電池質量和配對電芯性能的一致性、可靠性及安全性。

            2.            設備可選功能模塊介紹

            l              容量數據鏈接及分選模塊,其原理是先手工將電芯的容量數據關聯到其條形碼,然后設備讀取條形碼來鏈接分容柜數據庫導入容量數據加以分選配對。

            l              直流負載內阻測試功能,其原理是采用高頻脈沖方波,在不影響電芯性能的前提下,對電芯進行快速放電激勵,測試出電芯在未來實際的放電工作中的實際內阻,該直流內阻通常比現在常用的靜態參數-交流內阻更能代表其組合應用時的工作狀況。

            l              自放電率測試功能,其原理是根據電芯前后二次測量的電壓差除以時間差,得出電芯特定的自放電速率,從而得以將相同自放電率的電芯組合在一起,提高PACK性能質量。

            l              負載電壓測試功能,在許多的臺灣Pack大廠,他們往往會在Pack配對時采用帶載(0.5c1c)電壓來替代大陸客戶現在Pack配對時常用的開路電壓,通常電芯廠或Pack廠的客戶為臺灣客戶時,可考慮選用該參數來配對出貨或Pack成組。

            1.            設備特點:

            l              電池內阻性能參數的采集可采用標配高精度內阻儀hk3561自動采集,客戶也可以指定其它廠家的內阻儀來匹配。

            l              分選工藝流程采用機械手自動控制,操作簡便,擯棄手工參與,保證測試參數的精度和配對過程的絕對可靠性,提高和保證pack產品的性能質量。

            l              自動化程度高、操作簡捷,料盒上料,料盒整合下料,簡便操作,每小時可測試配組約1500個電芯,能有效提高生產效率,降低生產成本。

            l              系統測試的電芯性能數據實行數據庫管理模式,長期保存,可追溯性強。配合軟件的數據分析功能,對產品性能質量進行長期監控分析,來指導改進研發配方,改善生產工藝流程。

            2.            主要技術參數說明

            l              電源:220V,1.5KW。

            l              氣源:0.50.6 Mpa(干燥空氣)。

            l              適應電池尺寸規格:可根據電池尺寸定做!

            l              分選效率:約2.5/支,每臺機每小時分選效率:1500只。

            l              操作人數1-2人。

            l              分選參數:開路電壓/負載電壓(選配)、交流內阻/直流負載內阻(選配)、自放電率(選配)、  容量(選配)。

            l              系統標配內阻儀為hk3561,客戶可選配其它品牌精密電壓內阻測量儀。

            l              系統條形碼掃描為日本keyence SR610HA固定式工業二維條形碼掃描儀。

            l              分選參數精度及分辨率

            (1)              開路電壓:精度,+/-0.05% rdg,顯示分辨率:0.1毫伏;

            (2)              負載電壓:精度,+/-0.05% rdg,顯示分辨率:0.1毫伏;負載電流0.5c1c。(可選替代開路電壓)

            (3)              交流內阻:精度,+/-0.5% rdg,顯示分辨率0.01毫歐;

            (4)              直流負載內阻:精度,+/-1% rdg,顯示分辨率0.01毫歐(可選替代交流內阻);

            (5)              自放電率:精度,+/-0.05% rdg,顯示分辨率:0.1毫伏每天(可選);

            (6)              容量:精度見其所用的分容柜精度(可選)

            l              設備重量:約450㎏。

            l              外形尺寸:2500(長)×1100(寬)×1650(高)mm

            3.            系統優點:

            l              準確率極高:

              減少了人為失誤(如操作,讀數,疲勞,投錯等失誤),減少退貨率。提高產品質量,提高企業形象及美譽度。

            l              提高效率節省成本:

            本設備比人工操作效率高6-8倍,每日產能1萬只電芯/8小時.且投檔準確減少返工。

            l              數據記錄,便于管理:

            記錄電芯整體數據,利于管理和質量分析

            l              操作簡單,靈活:

            由一人單獨操作,全程電腦控制,整體上下料,效率極高

            l              性價比高:

            由于是我司自主獨立研發,在技術,系統,服務和價格上有絕對優勢

            l              條碼識別系統,追溯性強:

            條碼識別系統能夠記錄電芯性能數據,配合數據庫管理可追溯行強。

            l              系統自動化高,可靠性強:

            系統根據生產自行檢測設備故障,如有差錯自動停止,安全性強。

            l              我司擁有自主知識產權,科技含量高,便于系統升級。

            4.             外形結構略圖























             

            八、      



























                   影響鋰離子電池安全性的內部因素

            1.            材料組成

            1)         正極材料的熱穩定性及其與電解液反應活性

            2)         負極材料的穩定性及配比

            3)         電解液的組成

            4)         隔膜的選擇

            2.            電池結構

            電池結構設計的合理性

            3.            工藝

            電池制作過程控制、極片毛刺、極粉脫落、卷繞對位、不良電池的篩選

            4.            內短路:微短路、結構性短路

            微短路:主要是由正負極片上微物或凸點刺穿隔膜,引起電芯內部短路造成;輕微的將造成自放電率高,嚴重的將造成電池爆炸。

            極粉內短路:內層負極片掉粉刺穿隔膜造成電芯鼓脹。

            電芯內部短路:主要由于電芯極耳過長與極片或者殼體接觸造成短路,極耳壓迫卷芯導致正負極短路,引起電芯發燙,嚴重時會導致爆炸。

            九、             影響鋰離子電池的外部因素

            1.            過充電

            主要電芯的正極材料有關,LiCoO2在大于4.2V時結構不穩定并放出氧氣,同時電解液在大于4.2V時分解與LiCoO2反應產生大量熱,導致電芯內壓急劇升高發生爆炸。

            2.             外短路

            十、             鋰離子軟包電池的工藝流程

            2 鋰離子電池生產工藝流程圖

            1.            配料

            按照正、負極材料配料表(如表3 和 表4 )進行稱料,并在相應的溫度下進行烘烤。合格的正負極材料便可按照正負極配漿工藝流程圖進行制漿工作(不同的攪拌機攪拌參數設置不同,圖中以10L小攪拌機為例),并隨時注意漿料的溫度,控制在30℃以下,所需設備具有分散功能的雙行星攪拌機。

            3 正極材料配料單實例

            成分

            型號

            理論重量/g

            比例

            烘烤溫度

            備注

            三元(鎳鈷錳酸鋰)

            PLB-H5

            44625

             

            120

            主料0.7

            錳酸鋰

            WJ-2100

            19125

            120

            主料0.3

            HSV900

            PVDF

            1342.11

             

            80

            粘結劑

            NMP

            NMP

            34569.4

             

             

            溶劑

            SURPER-P(一種石墨)

            SP

            1006.6

             

            120

            導電劑

            KS-15(一種石墨)

            KS-6

            1006.6

             

            120

            導電劑

            4 負極材料配料單實例

            成分

            理論重量/g

            比例

            備注

            石墨K30

            29615

             

            主料

            CMC

            403.1

             

            粘結劑

            SBR

            1364.5

             

            增稠劑,濃度50%

            S-P

            301.1

             

            導電劑

            H2O

            40424.7

             

            溶劑

             

            3 正極配漿工藝流程圖

            4 負極制漿工藝流程圖

            2.            涂布、滾壓、切片及制片

            配料完成后,并調試好涂布機,便可以進行涂布作業,在涂布過程中應確認涂布各項指標達到工藝參數的要求,比如面密度,涂布看度,圖層長度及間隙等,如表 和圖 所示。涂完后的正負極片放在抽真空的烘箱中烘烤12h,溫度110℃。當烘烤完畢,溫濕度達到(<30,30%RH)即可進行滾壓、切片和制片等工作,合格的極片不得有露集體、破損等問題,不合格極片不得流轉。所用設備:涂布機、輥壓機、切片機和制片機。

            5 涂布部分參數

             

            正極

            負極

            箔材(集流體)

            鋁箔600*0.020

            銅箔600*0.012

            涂布寬度

            580±10

            5950,+4

            單面密度

            198±3g/m2

            86±2g/m2

            雙面密度

            396±5 g/m2

            172±g/m2

            5 正極片尺寸示意圖

            6 負極片尺寸示意圖

            3.            裝配

            將正負極片及隔膜,采用卷繞機卷起來,要求卷繞對位。然后放到沖好的鋁塑殼中,經過壓芯、測短、頂側封等工序后,即完成了軟包電池的裝配工作。

            7 軟包鋰電芯結構

            4.            注液

            將電解液注入裝配好的電芯中,然后封口。注液環境濕度20%-40%RH,實例:注液量25±0.3g/只。

            5.            化成、分容

            按照規定的工步進行化成、分容。經化成、分容后,電芯生產基本完畢。

             

             


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