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软包锂电池分选配组设备方案

商品介绍
  

电池测试在线供稿:软包锂电池分选配组设备方案

软包锂电池的概念:磷酸铁锂和锰酸锂软包电池是在原有钢壳、铝壳、塑壳电池的基础上发展起来的第三代动力锂电池,以其更轻、更薄、循环寿命长、安全性能好、能量密度高、放电平台稳定、功率性能出色、环保无污染等优势,受到国内外用户的青睐。

 

一、             锂离子电池的原理

当充电时发生下述反应化学方程式:

负极反应:

正极反应:

电池总反应:

1 锂离子电池工作原理

二、             锂离子电池的优点

1)能量密度大

2)电压高

3)使用温度范围广

4)自放电少(保存特性好)

三、             存在的问题

    1)尽管小电流放电时能量密度高,但高负荷;

2)急速充电(大电流充电)时循环寿命变短;

3)小电流放电时循环特性非常差,因此高能量密度和循环特性发生冲突;

4)安全性,特别是反复充电时,电池的安全性存在问题

由于负极Li的形态伴随充放电发生了变化,金属Li放电时Li离子溶解在电解液中,反之充电时电解液中的Li离子变成金属Li析出,这样析出的Li不是以平滑的板状而是以针状结晶的形式长大,这就是所谓的树枝状结晶,即枝晶偏析问题成为安全问题和容量劣化的重要原因之一。

四、             锂离子电池的组成部分

由五大部分组成:正极材料、负极材料、电解液、隔膜、铝塑膜外壳。

1 正、负极材料的组成

分类

正极材料

负极材料

活性物质

三元材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2)、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂等

石墨

导电极

SUPER-P/KS-6/KS-15

SUPER-P/SP

粘结剂

PVDFHSV900

CMC

溶剂

NMPN-甲基吡咯烷酮)

去离子水(H2O

集流体/载体

铝箔

铜箔

极耳和高温胶带

铝带、铝转镍和一种绿色的胶带

镍带和黄色高温胶带

电解液:一般有LiPF6LiBF4等复合盐,有机溶剂为丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯等。

隔膜:单层PE(聚乙烯)薄膜或者三层复合PP(聚丙烯)+PE(聚乙烯)+PP,单层厚度一般为0.0160.020mm,三层厚度一般为0.0200.025mm

 

五、             锂离子电池的性能表征

2 电池性能列表

常规性能

容量、电压、电阻

可靠性能

循环寿命、放电平台、自放电、贮存性能、高低温性能

安全性能

过充、短路、针刺、跌落、震动

循环寿命:电池在完全充电后完全放电,循环进行,知道容量衰减为初始容量的75%,此时循环次数成为循环寿命。

放电平台:锂离子电池在完全充电后,放电到3.6V时容量记为C1,放电至3V时容量记为C0C1/C0成为该电池的放电平台

 

六、             我们的设备:

l              电芯数字化测试配组系统

l              动力电池性能自动测试配组系统

l              圆电数字化Pack全自动焊接系统

l              圆电Pack半自动焊接机

l              智能化电阻焊机

l              笔电Pack自动点胶压盖系统

l              动力锂电安全性能测试系统

七、             方案简介:

1.            设备主要模块

   为了满足不同用户其特别的应用、特别的工艺,所导致特别需求,本设备采取模块化功能设计的方式以供客户依其不同需要来选配:

l              嵌入式工控系统 (标配)

l              内置数据库服务器(标配)

l              高精度内阻仪hk3561(标配)

l              双料盒式上料装置、精密测量装置、机械手自动分檔、自动料盒式收料等装置(标配)

l              容量数据链接及分选模块(非标配、可选)

l              条形码扫描模块KEYENCE BL601HA (非标配、可选)

l              自放电率k测试模块(非标配,可选)

l              直流负载内阻检测模块 (非标配、可选)

l              测试数据自动打印系统 (非标配、可选)

1.            系统工作原理

   设备根据动力锂电池的交流内阻或直流负载内阻(可选)、内阻开路电压或负载电压(可选)、自放电率(可选)、容量(可选)等参数,将电池性能按最多四项参数同时精确分挡配组,最多一次性分檔配对数为20组或30挡,大幅提高配组生产效率,提高配组电池质量和配对电芯性能的一致性、可靠性及安全性。

2.            设备可选功能模块介绍

l              容量数据链接及分选模块,其原理是先手工将电芯的容量数据关联到其条形码,然后设备读取条形码来链接分容柜数据库导入容量数据加以分选配对。

l              直流负载内阻测试功能,其原理是采用高频脉冲方波,在不影响电芯性能的前提下,对电芯进行快速放电激励,测试出电芯在未来实际的放电工作中的实际内阻,该直流内阻通常比现在常用的静态参数-交流内阻更能代表其组合应用时的工作状况。

l              自放电率测试功能,其原理是根据电芯前后二次测量的电压差除以时间差,得出电芯特定的自放电速率,从而得以将相同自放电率的电芯组合在一起,提高PACK性能质量。

l              负载电压测试功能,在许多的台湾Pack大厂,他们往往会在Pack配对时采用带载(0.5c1c)电压来替代大陆客户现在Pack配对时常用的开路电压,通常电芯厂或Pack厂的客户为台湾客户时,可考虑选用该参数来配对出货或Pack成组。

1.            设备特点:

l              电池内阻性能参数的采集可采用标配高精度内阻仪hk3561自动采集,客户也可以指定其它厂家的内阻仪来匹配。

l              分选工艺流程采用机械手自动控制,操作简便,摈弃手工参与,保证测试参数的精度和配对过程的绝对可靠性,提高和保证pack产品的性能质量。

l              自动化程度高、操作简捷,料盒上料,料盒整合下料,简便操作,每小时可测试配组约1500个电芯,能有效提高生产效率,降低生产成本。

l              系统测试的电芯性能数据实行数据库管理模式,长期保存,可追溯性强。配合软件的数据分析功能,对产品性能质量进行长期监控分析,来指导改进研发配方,改善生产工艺流程。

2.            主要技术参数说明

l              电源:220V1.5KW

l              气源:0.50.6 Mpa(干燥空气)。

l              适应电池尺寸规格:可根据电池尺寸定做!

l              分选效率:约2.5/支,每台机每小时分选效率:1500只。

l              操作人数1-2人。

l              分选参数:开路电压/负载电压(选配)、交流内阻/直流负载内阻(选配)、自放电率(选配)、  容量(选配)。

l              系统标配内阻仪为hk3561,客户可选配其它品牌精密电压内阻测量仪。

l              系统条形码扫描为日本keyence SR610HA固定式工业二维条形码扫描仪。

l              分选参数精度及分辨率

(1)              开路电压:精度,+/-0.05% rdg,显示分辨率:0.1毫伏;

(2)              负载电压:精度,+/-0.05% rdg,显示分辨率:0.1毫伏;负载电流0.5c1c。(可选替代开路电压)

(3)              交流内阻:精度,+/-0.5% rdg,显示分辨率0.01毫欧;

(4)              直流负载内阻:精度,+/-1% rdg,显示分辨率0.01毫欧(可选替代交流内阻);

(5)              自放电率:精度,+/-0.05% rdg,显示分辨率:0.1毫伏每天(可选);

(6)              容量:精度见其所用的分容柜精度(可选)

l              设备重量:约450㎏。

l              外形尺寸:2500(长)×1100(宽)×1650(高)mm

3.            系统优点:

l              准确率极高:

  减少了人为失误(如操作,读数,疲劳,投错等失误),减少退货率。提高产品质量,提高企业形象及美誉度。

l              提高效率节省成本:

本设备比人工操作效率高6-8倍,每日产能1万只电芯/8小时.且投档准确减少返工。

l              数据记录,便于管理:

记录电芯整体数据,利于管理和质量分析

l              操作简单,灵活:

由一人单独操作,全程电脑控制,整体上下料,效率极高

l              性价比高:

由于是我司自主独立研发,在技术,系统,服务和价格上有绝对优势

l              条码识别系统,追溯性强:

条码识别系统能够记录电芯性能数据,配合数据库管理可追溯行强。

l              系统自动化高,可靠性强:

系统根据生产自行检测设备故障,如有差错自动停止,安全性强。

l              我司拥有自主知识产权,科技含量高,便于系统升级。

4.             外形结构略图























 

八、      



























       影响锂离子电池安全性的内部因素

1.            材料组成

1)         正极材料的热稳定性及其与电解液反应活性

2)         负极材料的稳定性及配比

3)         电解液的组成

4)         隔膜的选择

2.            电池结构

电池结构设计的合理性

3.            工艺

电池制作过程控制、极片毛刺、极粉脱落、卷绕对位、不良电池的筛选

4.            内短路:微短路、结构性短路

微短路:主要是由正负极片上微物或凸点刺穿隔膜,引起电芯内部短路造成;轻微的将造成自放电率高,严重的将造成电池爆炸。

极粉内短路:内层负极片掉粉刺穿隔膜造成电芯鼓胀。

电芯内部短路:主要由于电芯极耳过长与极片或者壳体接触造成短路,极耳压迫卷芯导致正负极短路,引起电芯发烫,严重时会导致爆炸。

九、             影响锂离子电池的外部因素

1.            过充电

主要电芯的正极材料有关,LiCoO2在大于4.2V时结构不稳定并放出氧气,同时电解液在大于4.2V时分解与LiCoO2反应产生大量热,导致电芯内压急剧升高发生爆炸。

2.             外短路

十、             锂离子软包电池的工艺流程

2 锂离子电池生产工艺流程图

1.            配料

按照正、负极材料配料表(如表3 和 表4 )进行称料,并在相应的温度下进行烘烤。合格的正负极材料便可按照正负极配浆工艺流程图进行制浆工作(不同的搅拌机搅拌参数设置不同,图中以10L小搅拌机为例),并随时注意浆料的温度,控制在30℃以下,所需设备具有分散功能的双行星搅拌机。

3 正极材料配料单实例

成分

型号

理论重量/g

比例

烘烤温度

备注

三元(镍钴锰酸锂)

PLB-H5

44625

 

120

主料0.7

锰酸锂

WJ-2100

19125

120

主料0.3

HSV900

PVDF

1342.11

 

80

粘结剂

NMP

NMP

34569.4

 

 

溶剂

SURPER-P(一种石墨)

SP

1006.6

 

120

导电剂

KS-15(一种石墨)

KS-6

1006.6

 

120

导电剂

4 负极材料配料单实例

成分

理论重量/g

比例

备注

石墨K30

29615

 

主料

CMC

403.1

 

粘结剂

SBR

1364.5

 

增稠剂,浓度50%

S-P

301.1

 

导电剂

H2O

40424.7

 

溶剂

 

3 正极配浆工艺流程图

4 负极制浆工艺流程图

2.            涂布、滚压、切片及制片

配料完成后,并调试好涂布机,便可以进行涂布作业,在涂布过程中应确认涂布各项指标达到工艺参数的要求,比如面密度,涂布看度,图层长度及间隙等,如表 和图 所示。涂完后的正负极片放在抽真空的烘箱中烘烤12h,温度110℃。当烘烤完毕,温湿度达到(<30,30%RH)即可进行滚压、切片和制片等工作,合格的极片不得有露集体、破损等问题,不合格极片不得流转。所用设备:涂布机、辊压机、切片机和制片机。

5 涂布部分参数

 

正极

负极

箔材(集流体)

铝箔600*0.020

铜箔600*0.012

涂布宽度

580±10

5950,+4

单面密度

198±3g/m2

86±2g/m2

双面密度

396±5 g/m2

172±g/m2

5 正极片尺寸示意图

6 负极片尺寸示意图

3.            装配

将正负极片及隔膜,采用卷绕机卷起来,要求卷绕对位。然后放到冲好的铝塑壳中,经过压芯、测短、顶侧封等工序后,即完成了软包电池的装配工作。

7 软包锂电芯结构

4.            注液

将电解液注入装配好的电芯中,然后封口。注液环境湿度20%-40%RH,实例:注液量25±0.3g/只。

5.            化成、分容

按照规定的工步进行化成、分容。经化成、分容后,电芯生产基本完毕。

 

 


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