Principios básicos y procesos de funcionamiento de la batería de litio

1. Principio básico de la batería de iones de litio

Tomemos como ejemplo el sistema litio-cobalto-grafito:

Qué ocurre en el ánodo

LiCo02 =Li_1-xCo02+ xLi⁺ + xe^- (electrón)

Qué ocurre en el cátodo

6C +xLi ⁺+xe^- (electrón) =Li_xC₆

2. estructura básica de la batería de iones de litio

2.1 estructura del ánodo de la batería de iones de litio

Sustancia activa + agente conductor + aglutinante + colector de corriente (papel de aluminio)

fórmula del ánodo:

2.2 estructura catódica batería de iones de litio

Sustancia activa + agente conductor + espesante + aglutinante + colector de corriente (lámina de cobre)

fórmula catódica:

2.3 Estructura del separador de la batería de iones de litio

Estructura y características del separador de poliolefina

3 Puntos de control de cada proceso de trabajo

3.1 Mezcla:

El contenido del proceso de trabajo：

La preparación de lechada anódica (catódica), es un proceso de mezcla de material que incluye sustancia activa anódica (catódica), agente conductor, aglutinante y otra sustancia anódica (catódica).

En concreto, la mezcla es un proceso que poner el material activo de los materiales de la batería y materiales auxiliares en el disolvente para altamente dispersa, para formar fluido de alta viscosidad tipo Newton y luego para asegurarse de que las sustancias activas, agente conductor, aglutinante y otros aditivos están completamente mezclados, distribuidos uniformemente.

Los puntos de control：

• (1) Las materias primas deben cumplir los requisitos del proceso, como el tipo de material y el modelo, la cantidad de cada componente;
• (2) El electrodo positivo no puede traer agua;
• (3) Preste atención a secar los equipos y controlar la humedad interior;
• (4) El proceso de disolución del PVDF es relativamente lento, el PVDF debe disolverse en NMP antes del despulpado, el CMC también es una solución difícil, el CMC debe disolverse en agua antes del despulpado; el PVDF y el CMC deben disolverse completamente y dispersarse uniformemente. Si hay aglutinante de partículas o espesante, se debe aumentar el tiempo de mezcla o cambiar el proceso de mezcla.
• (5) Después de la adición de agente conductor y sustancia activa, la lechada debe ser uniforme, sin partículas de aglomeración, y la burbuja en la lechada debe ser eliminado, la viscosidad del ánodo: 4000-10000mpa.s, viscosidad catódica: 1500mpa.s, la viscosidad de la lechada y el contenido de sólidos tienen un impacto importante en el proceso de recubrimiento.

Método de ensayo de contenido sólido:

Contenido en sólidos = masa de purín tras el curado/masa de purín *100%

3.2 Recubrimiento y secado:

El contenido del proceso de trabajo：

El proceso de recubrimiento es aplicar la lechada al colector de corriente, el secado es eliminar todos los disolventes en la lechada. Recubrimiento de electrodos de baterías de litio es obviamente diferente de la capa general : lechada de recubrimiento en húmedo es gruesa, la lechada es Newton tipo de fluido de alta viscosidad, el flujo de fluido se requiere esfuerzo cortante, el cambio con el cambio de velocidad de flujo.

El ajuste del grosor del revestimiento es difícil de llevar a cabo de acuerdo con una manera estándar, que es también la dificultad en el proceso de la máquina de revestimiento. Requiere un alto grado de competencia y experiencia del operador. La precisión del recubrimiento de chapa polar es muy alta, la desviación del espesor es de aproximadamente ±3um, por lo que los requisitos para el equipo son muy altos.

Los puntos de control:

• (1) para garantizar la consistencia del recubrimiento en la medida de lo posible, la operación debe prestar atención al cambio de viscosidad de la lechada, el cambio de altura del nivel de líquido en la tolva, el cambio de velocidad de recubrimiento;
• (2) La fina capa de lechada sobre el papel de aluminio se seca en el horno, y se elimina el disolvente NMP (punto de ebullición del NMP 202℃, punto de inflamación 95℃). Si el secado es demasiado lento, la superficie del revestimiento tiene fluidez, el espesor es inestable, si el secado es demasiado rápido, se forma una película de PVDF en la superficie, y la volatilización del disolvente NMP en el interior provocará un fenómeno de arrugamiento en la capa superficial. Para garantizar una evaporación uniforme del NMP, se suele utilizar el secado por segmentación, con la temperatura más alta en la sección central. Electrodo positivo es generalmente 100-130℃, electrodo catódico si el sistema de agua, la temperatura de secado es generalmente 75-90℃; Y el proceso de secado NMP volatilización, la composición de la pasta de revestimiento cambia constantemente, por lo que la cantidad de pasta de preparación de disolvente NMP, método de calentamiento y tiempo de calentamiento, esto tiene un impacto;
• (3) la temperatura o el tiempo de calentamiento no son suficientes, es difícil eliminar el líquido de la suspensión, por lo que parte del aglutinante se disuelve, lo que provoca la descamación de la sustancia activa; la temperatura de calentamiento es demasiado alta, la cristalización del aglutinante, también hará que la sustancia activa se descame, lo que provocará un cortocircuito en la célula. Además, una temperatura de secado y un tiempo de secado inadecuados también provocarán la oxidación del papel de aluminio y el polo húmedo.
• (4) Recubrimiento y secado para realizar las tres primeras inspecciones de grosor, calidad y tamaño conforme a los requisitos, e inspección periódica de la correspondiente velocidad de despulpado, tiempo de horneado, holgura, etc.

Explicación de las rayas y vetas oscuras:

La marca oscura se debe a que parte del grosor de la superficie de la pieza de poste es desigual al recubrirla, lo que muestra diferencias de color y la aparición de la marca oscura.

La razón del grosor desigual puede ser:

• (1) en el proceso de despulpado, hay cuerpos extraños o una superficie desigual de la hoja (hay huecos), lo que provoca un grosor desigual de la superficie de la hoja de polos;
• (2) Marcas lineales antes o después del prensado del rodillo: más bien porque la cuchilla no abrió el grano, o hay un pequeño lodo seco atascado en la cuchilla.

3.3 Calandrado y loncheado

El contenido del proceso de trabajo：

Por un lado, la lámina de electrodo puede compactarse para aumentar la capacidad específica de la lámina de electrodo, de modo que la sustancia activa pueda entrar plenamente en contacto con el agente conductor y el colector, lo que favorece el rendimiento electroquímico de la sustancia activa.

Por otra parte, tras el laminado, se mejora la resistencia de la pieza de poste y se aumenta el acabado, lo que es beneficioso para la transformación posterior y reduce las pérdidas.

Los puntos de control:

• (1) preste atención a los requisitos de grosor al laminar;
• (2) al prensar, debe prestarse atención a las burbujas, el material, la deformación del polo, el borde ondulado, etc;
• (3) Cuanto mayor sea el diámetro del rodillo, mejor;
• (4) El tamaño de corte de la pieza de poste cumple con los requisitos tecnológicos, no hay desprendimiento de material, ni borde ondulado, y las rebabas cumplen con los requisitos tecnológicos;

Pieza de 3,4 polos

Los puntos de control:

• (1) Sin polvo, borde ondulado;
• (2) El tamaño de la pieza de poste cumple los requisitos tecnológicos;
• (3) El pegado y la soldadura con electrodo de orejetas cumplen los requisitos;
• (4) La rebaba cumple los requisitos del proceso.

3.5 Enrollar en la ranura de soldadura inferior de la punta de la carcasa

Existen los siguientes puntos de control que siguen el principio catódico que cubre el principio anódico:

• (1) enrollando la cabeza y la cola, el polo del cátodo excede el polo del ánodo más de 5mm;
• (2) El polo catódico del borde del polo cubre el polo anódico (detección por rayos X). P: ¿Qué medidas toma la empresa para comprobar si la batería tiene un cortocircuito interno?
• (3) punto de soldadura inferior de acuerdo con los requisitos del proceso - la tensión de soldadura, no soldadura virtual, pero la soldadura.
• (4) La ranura de laminación se ajusta al tamaño del proceso, sin problemas de apariencia como pérdida de recubrimiento, sin fenómeno de junta alabeada.

3.6 Inyección de líquido de cocción

El objetivo principal de todos los puntos de control: ¡el control de la humedad!

Humedad consecuencias no cualificados: CID rotación después de la capacidad de composición de la célula, de bajo volumen y la célula de baja presión, mala circulación y así sucesivamente.

Además：la cantidad de inyección de líquido también es un punto de control importante.

3.7 Sellado

Puntos de control:

• (1) Cumplir con el tamaño del proceso de sellado;
• (2) La estanqueidad al aire cumple los requisitos;
• (3) Sin problemas de apariencia.

3.8 Formación y graduación de la capacidad

FormaciónAjuste el paso de trabajo según los requisitos del proceso, descarga de corriente pequeña, la tensión final no es superior a 3,7V;

Clasificación por capacidades: ajuste el paso de clasificación por capacidades según los requisitos del proceso;

PD: La temperatura tiene una gran influencia en la formación y la capacidad, por lo que debe controlarse la temperatura del taller.

Objetivo de la formación:

(1) Activar los materiales del ánodo y del cátodo;

(2) El ánodo forma la película SE.

La reacción de formación de película se produce generalmente en: tensión <1,2V

Cuando la tensión es inferior a 2,5V, se generan principalmente H2 y C02; cuando la tensión es superior a 3,0V,EC, EMC y DMC se descomponen y producen otros gases alcanos. La célula produce la mayor cantidad de gas a 3,0-3,5V; la película SEI se genera básicamente después de 3,5V; cuando el voltaje es superior a 3,8V, DMC y EMC se descomponen y producen la mayor cantidad de gas.

4 Concepto básico de batería de iones de litio

Tensión:

tensión 3,0-4,2/2,5-4,2(unidad: V) cuando el aparato eléctrico está en funcionamiento, la tensión sigue bajando al descargarse. La tensión de plataforma se refiere a la tensión que representa la mayor parte de todo el tiempo de descarga. La tensión nominal general es la tensión central de la tensión de plataforma, alrededor de la cual la tensión cambia lentamente durante la carga y la descarga.

Resistencia interna:

Impedancia electroquímica del propio núcleo, incluida la resistencia ohmica y la resistencia química nuclear. Cuando se descarga a gran intensidad de corriente, la resistencia interna tiene un impacto especialmente significativo en las características de descarga (unidad :mΩ).

Capacidad:

se refiere a la cantidad de electricidad que se puede obtener de una batería en determinadas condiciones de descarga, es decir, la corriente a lo largo del tiempo (unidad: mAh o Ah).

Tarifa: indicación de la capacidad de descarga de una célula a un múltiplo de su capacidad nominal.

Ciclo: se refiere a los tiempos de ciclo en los que la batería secundaria se carga y descarga según un determinado sistema y su rendimiento se degrada hasta cierto punto.

Rendimiento del almacenamiento: Después del almacenamiento durante un período de tiempo, el rendimiento de la batería cambiará debido a la influencia de algunos factores, dando lugar a la autodescarga de la batería, fugas de electrolito, cortocircuito de la batería, etc.

Características de la descarga: se refiere a la batería bajo un determinado sistema de descarga, su estabilidad de tensión de trabajo, plataforma de tensión y rendimiento de descarga de alta corriente, muestra la capacidad de la carga de generación de la batería.

La norma IEC61960 establece las siguientes normas para las baterías de iones de litio cilíndricas y cuadradas.

Batería cilíndrica de iones de litio: tres letras seguidas de cinco números.

Tres letras, I para iones de litio y L para electrodos de litio metálico o de aleación de litio. La segunda letra indica el material del cátodo: C para cobalto, N para níquel, M para manganeso y V para vanadio. La tercera letra, R, significa cilindro.

Cinco números, los dos primeros para el diámetro y los tres últimos para la altura, en mm.

Por ejemplo: ICR 18650 es de 18 mm de diámetro, 65 mm de altura de la batería de iones de litio 18650 cilíndrica general.