Principes de base et processus de travail des piles au lithium

1. Principe de base de la batterie lithium-ion

Prenons l'exemple du système lithium-cobalt-graphite :

Ce qui se passe à l'anode

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

Ce qui se passe à la cathode

6C +xLi ⁺+xe^- (électron) =Li_xC₆

2. structure de base de la batterie lithium-ion

2.1 structure de l'anode de la batterie lithium-ion

Substance active + agent conducteur + liant + collecteur de courant (feuille d'aluminium)

formule de l'anode :

2.2 structure de la cathode batterie lithium-ion

Substance active + agent conducteur + épaississant + liant + collecteur de courant (feuille de cuivre)

formule de la cathode :

2.3 Structure de séparation de la batterie lithium-ion

Structure et caractéristiques du séparateur de polyoléfines

3 Points de contrôle de chaque processus de travail

3.1 Mélange :

Le contenu du processus de travail：

La préparation de la boue d'anode (cathode) est un processus de mélange de matériaux comprenant la substance active de l'anode (cathode), l'agent conducteur, le liant et d'autres substances de l'anode (cathode).

Plus précisément, le mélange est un processus qui met la matière active des matériaux de la batterie et les matières auxiliaires dans le solvant pour les disperser fortement, afin de former un fluide à haute viscosité de type Newton, puis de s'assurer que les substances actives, l'agent conducteur, le liant et les autres additifs sont entièrement mélangés et répartis de manière homogène.

Les points de contrôle：

• (1) Les matières premières doivent répondre aux exigences du processus, telles que le type et le modèle de matériau, la quantité de chaque composant ;
• (2) L'électrode positive ne peut pas apporter d'eau ;
• (3) Veiller à ce que l'équipement soit sec et contrôler l'humidité intérieure ;
• (4) Le processus de dissolution du PVDF est relativement lent, le PVDF doit être dissous dans le NMP avant la mise en pâte, le CMC est également une solution difficile, le CMC doit être dissous dans l'eau avant la mise en pâte ; le PVDF et le CMC doivent être entièrement dissous et uniformément dispersés. S'il y a un liant ou un épaississant pour les particules, le temps de mélange doit être augmenté ou le processus de mélange doit être modifié.
• (5) Après l'ajout de l'agent conducteur et de la substance active, la suspension doit être uniforme, sans particules agglomérées, et la bulle dans la suspension doit être éliminée, viscosité de l'anode : 4000-10000mpa.s, viscosité de la cathode : 1500mpa.s, la viscosité de la suspension et la teneur en matières solides ont un impact important sur le processus de revêtement.

Méthode d'essai de la teneur en matières solides:

Teneur en matières solides = masse de boue après durcissement/masse de boue *100%

3.2 Enduction et séchage :

Le contenu du processus de travail：

Le processus d'enrobage consiste à appliquer la suspension sur le collecteur de courant, le séchage consiste à éliminer tous les solvants présents dans la suspension. Le revêtement des électrodes de batteries au lithium est manifestement différent du revêtement général : le revêtement humide de la suspension est épais, la suspension est un fluide à haute viscosité de type Newton, l'écoulement du fluide est soumis à une contrainte de cisaillement, qui varie en fonction du taux d'écoulement.

L'ajustement de l'épaisseur du revêtement est difficile à réaliser selon une méthode standard, ce qui constitue également une difficulté dans le processus de la machine de revêtement. Il requiert un haut degré de compétence et d'expérience de la part de l'opérateur. La précision du revêtement des tôles polaires est très élevée, la déviation de l'épaisseur est d'environ ±3um, les exigences en matière d'équipement sont donc très élevées.

Les points de contrôle:

• (1) pour garantir autant que possible l'homogénéité de l'enrobage, l'opération doit tenir compte de la variation de la viscosité de la boue, de la variation de la hauteur du niveau de liquide dans la trémie et de la variation de la vitesse d'enrobage ;
• (2) La fine couche de suspension sur la feuille d'aluminium est séchée au four, et le solvant NMP (point d'ébullition du NMP 202℃, point d'éclair 95℃) est éliminé. Le séchage est trop lent, la surface du revêtement est fluide, l'épaisseur est instable, le séchage est trop rapide, un film de PVDF se forme à la surface, et la volatilisation du solvant NMP à l'intérieur provoquera un phénomène de plissement sur la couche superficielle. Afin d'assurer une évaporation uniforme de la NMP, le séchage par segmentation est généralement utilisé, la température la plus élevée se trouvant dans la partie centrale. L'électrode positive est généralement 100-130℃, l'électrode cathodique si le système d'eau, la température de séchage est généralement 75-90℃ ; Et le processus de séchage NMP volatilisation, la composition de la pâte de revêtement change constamment, de sorte que la quantité de solvant NMP pâte de préparation, la méthode de chauffage et le temps de chauffage, cela a un impact ;
• (3) température ou durée de chauffage insuffisante, il est difficile d'éliminer le liquide dans la boue, de sorte qu'une partie du liant est dissoute, ce qui entraîne un décollement de la substance active ; température de chauffage trop élevée, cristallisation du liant, ce qui entraîne également un décollement de la substance active, avec pour conséquence un court-circuit dans la cellule. En outre, une température et un temps de séchage inappropriés provoquent également l'oxydation de la feuille d'aluminium et l'apparition d'un pôle humide.
• (4) Enrobage et séchage : les trois premiers contrôles portent sur l'épaisseur, la qualité et la taille, qui doivent être conformes aux exigences, ainsi que sur l'inspection régulière de la vitesse de dépulpage, du temps de cuisson, de l'espace libre, etc.

Explication des stries et des stries sombres:

La marque foncée est due à l'épaisseur inégale de la surface d'une partie de la pièce du poteau lors du revêtement, ce qui entraîne une différence de couleur et l'apparition d'une marque foncée.

L'épaisseur inégale peut s'expliquer par les raisons suivantes

• (1) au cours du processus de dépulpage, il y a des corps étrangers ou une surface inégale de la lame (il y a des lacunes), ce qui entraîne une épaisseur inégale de la surface de la feuille de poteau ;
• (2) Marques linéaires avant ou après le pressage du rouleau : plus parce que la lame n'a pas ouvert le grain, ou qu'il y a une petite boue sèche collée sur la lame.

3.3 Calandrage et tranchage

Le contenu du processus de travail：

D'une part, la feuille d'électrode peut être compactée pour augmenter la capacité spécifique de la feuille d'électrode, de sorte que la substance active puisse entrer pleinement en contact avec l'agent conducteur et le collecteur, ce qui favorise la performance électrochimique de la substance active.

D'autre part, après le laminage, la résistance de la pièce de poteau est améliorée, ainsi que la finition, ce qui est bénéfique pour le traitement ultérieur et réduit les pertes.

Les points de contrôle:

• (1) faire attention aux exigences d'épaisseur lors du laminage ;
• (2) Lors du pressage, il convient de prêter attention aux bulles, au matériau, à la déformation des pôles, au bord de l'onde, etc ;
• (3) Plus le diamètre du rouleau est important, mieux c'est ;
• (4) La taille de coupe de la pièce de poteau répond aux exigences technologiques, il n'y a pas de chute de matériau, pas d'arête ondulée et les bavures répondent aux exigences technologiques ;

3.4 pièce polaire

Les points de contrôle:

• (1) Pas de poudre, bord ondulé ;
• (2) La taille de la pièce sur le poteau répond aux exigences technologiques ;
• (3) Le collage et le soudage par cosses d'électrodes répondent aux exigences ;
• (4) La bavure répond aux exigences du processus.

3.5 Rouler dans la rainure de soudage inférieure du point de coque

Selon le principe de la cathode recouvrant l'anode, les points de contrôle sont les suivants :

• (1) Enroulement de la tête et de la queue, le pôle cathodique dépasse le pôle anodique de plus de 5 mm ;
• (2) Le pôle cathodique du bord du pôle recouvre le pôle anodique (détection par rayons X). Ps : Quelles mesures l'entreprise prend-elle pour vérifier si la batterie présente un court-circuit interne ?
• (3) soudage du fond de la pointe conformément aux exigences du processus - tension de soudage, non pas soudage virtuel, mais soudage.
• (4) La rainure de laminage est conforme à la taille du processus, il n'y a pas de problèmes d'apparence tels que la perte de revêtement, pas de phénomène de joint de déformation.

3.6 Injection de liquide de cuisson

L'objectif premier de tous les points de contrôle : le contrôle de l'humidité !

Conséquences non qualifiées de l'humidité : La rotation du CID après la capacité de composition de la cellule, le faible volume et la faible pression de la cellule, la mauvaise circulation, etc.

En outre, la quantité de liquide injecté est également un point de contrôle important.

3.7 Scellement

Points de contrôle:

• (1) Respecter la taille du processus de scellement ;
• (2) L'étanchéité à l'air est conforme aux exigences ;
• (3) Aucun problème d'apparence.

3.8 Formation et classement des capacités

FormationLe système d'alimentation en eau est un système d'alimentation en eau de type "eau potable" : il permet de régler l'étape de travail en fonction des exigences du processus, de décharger un faible courant, la tension finale n'est pas supérieure à 3,7V ;

Classement des capacités : définir l'étape de classement des capacités en fonction des exigences du processus ;

PS : La température a une grande influence sur la formation et la capacité, c'est pourquoi la température de l'atelier doit être contrôlée.

Objectif de la formation:

(1) Activer les matériaux de l'anode et de la cathode ;

(2) L'anode forme un film SE.

La réaction de formation du film est généralement dans : tension <1.2V

Lorsque la tension est inférieure à 2,5 V, H2 et C02 sont principalement générés ; lorsque la tension est supérieure à 3,0 V, EC, EMC et DMC se décomposent et produisent d'autres gaz alcanes. La cellule produit le plus de gaz à 3,0-3,5V ; le film SEI est essentiellement généré après 3,5V ; lorsque la tension est supérieure à 3,8V, le DMC et l'EMC se décomposent et produisent le plus de gaz.

4 Concept de base de la batterie lithium-ion

Tension:

tension 3,0-4,2/2,5-4,2(unité : V) lorsque l'appareil électrique fonctionne, la tension continue de baisser lors de la décharge. La tension de plate-forme est la tension qui représente la plus grande partie du temps de décharge. La tension nominale générale est la tension centrale de la tension de plate-forme. Autour de cette tension, la tension change lentement lors de la charge et de la décharge.

Résistance interne:

l'impédance électrochimique du noyau lui-même, y compris la résistance ohmique et la résistance chimique nucléaire. Lors d'une décharge à un courant important, la résistance interne a un impact particulièrement significatif sur les caractéristiques de la décharge (unité :mΩ).

Capacité:

désigne la quantité d'électricité qui peut être obtenue d'une batterie dans certaines conditions de décharge, à savoir le courant en fonction du temps (unité : mAh ou Ah).

TauxLa capacité de décharge d'une cellule à un multiple de sa capacité nominale.

CycleLa durée du cycle : il s'agit de la durée des cycles pendant lesquels la batterie secondaire est chargée et déchargée selon un certain système et dont les performances se dégradent jusqu'à un certain point.

Performances de stockage: Après un certain temps de stockage, les performances de la batterie changent sous l'influence de certains facteurs, ce qui entraîne une autodécharge de la batterie, une fuite de l'électrolyte, un court-circuit de la batterie, etc.

Caractéristiques de la déchargeLa capacité d'une batterie : elle correspond à la batterie soumise à un certain système de décharge, à la stabilité de sa tension de fonctionnement, à la plate-forme de tension et à la performance de décharge de courant élevé, elle montre la capacité de la charge de génération de la batterie.

La norme IEC61960 stipule que les règles applicables aux batteries lithium-ion cylindriques et carrées sont les suivantes.

Batterie cylindrique au lithium-ion : trois lettres suivies de cinq chiffres.

Trois lettres, I pour les ions lithium et L pour les électrodes en lithium métal ou en alliage de lithium. La deuxième lettre correspond au matériau de la cathode : C pour le cobalt, N pour le nickel, M pour le manganèse et V pour le vanadium. La troisième lettre, R, représente le cylindre.

Cinq chiffres, les deux premiers pour le diamètre, les trois derniers pour la hauteur, en mm.

Par exemple, l'ICR 18650 a un diamètre de 18 mm et une hauteur de 65 mm : ICR 18650 a un diamètre de 18 mm et une hauteur de 65 mm par rapport à la batterie lithium-ion cylindrique générale 18650.