目錄1．設計的目的與任務 2
1.1課程設計背景 2
1.2課程設計目的與任務 2
2．設計的詳細內容 3
2.1原材料及裝置的選取 3
2.2電池的工作原理 4
2.3電池的製備工藝設計 4
2.3.1製片車間的工藝設計 4
2.3.2裝配車間的工藝設計 7
2.3.3化成車間工藝設計 8
2.3.4包裝車間工藝設計 9
2.4廠房設計 10
3．經濟效益 10
4．對本設計的評述 11
參考文獻 12
自從2023年sony採用可以嵌鋰的鈷酸鋰做正極材料以來,鋰離子電池滿足了非核能能源開發的需要,同時具有工作電壓高、比能量大、自放電小、迴圈壽命長、重量輕、無記憶效應、環境汙染少等特點,現成為世界各國電源材料研究開發的重點[1~3]。鋰離子電池已廣泛應用於移動**、可攜式計算機、攝像機、照相機等的電源,並在電動汽車技術、大型發電廠的儲能電池、ups電源、醫療儀器電源以及宇宙空間等領域具有重要作用[4~5] 。
正極材料作為決定鋰離子電池效能的重要因素之一,研究和開發更高效能的正極材料是目前提高和發展鋰電池的有效途徑和關鍵所在。目前,已商品化的鋰電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等,而層狀鈷酸鋰正極材料憑藉其電壓高、放電平穩、生產工藝簡單等優點佔據著市場的主要地位,也是目前唯一大量用於生產鋰離子電池的正極材料[6~8]。
18650電池是指外殼使用65mm高，直徑為18mm的圓柱形鋼殼為外殼的鋰離子電池。自從上個世紀90年代索尼推出之後，這種型號的電池一直在生產，經久不衰。經過近20年的發展，目前製備工藝已經非常成熟，效能有了極大的提公升，體積能量密度已經提高了將近4倍，而且成本在所有鋰離子電池中也是最低，目前早已走出了原來的膝上型電腦的使用領域，作為首選電池應用於動力及儲能領域。
如前文所述，在目前商業化的鋰離子電池中，很多廠家都選用層狀結構的licoo2作為正極材料。其理論容量為274mah/g，實際容量為140mah/g左右，也有報道實際容量已達155mah/g。本設計擬通過以licoo2作為正極材料的18650鋰電池電芯器件作為模型，從原料選擇、設計原理、製備工藝、封裝條件、工作情況等方面進行系統調研，並設計出相應的電池器件。
設計者將通過查閱資料、課題討論、技術交流等方式，逐漸設計出合理、科學的18650鋰電池電芯，培養初步的科研思維和科研能力；通過這一綜合訓練，使我對實際的新能源產品有初步的、巨集觀的認識和理解，為即將開展的畢業設計乃至實際生產工藝設計奠定必要的基礎。
此次設計包括如下任務：
（1）18650鋰電池電芯製備原料的選取：將列出所選原料的種類、選擇依據以及主要原料的使用技術要求；
（2）闡明18650鋰電池電芯的工作原理
（3）對18650鋰電池電芯的製備工藝進行設計：包括電池各部件的詳細製備流程（畫出流程簡圖）；製備方法及所用到的裝置；畫出必要的裝置裝置示意圖；製備過程中主要的工藝引數及其選擇依據；電池工作環境要求並闡明依據。
（4）對18650鋰電池電芯生產廠進行設計，並評估其產能和經濟效益。包括：車間裝置布置和工廠總平面布置，成本利潤概算，投資評估。
本次設計的產品圓柱形18650鋰電池電芯如圖2-1所示。我們是按原材料及裝置的選取→生產車間工藝設計→廠房設計→綜合評估的順序來進行設計的。其中，生產車間工藝的設計為本次設計的重中之重，如下圖2-2所示。
其餘部分的設計如原材料、儀器裝置、廠房等將在後續內容中展開以及附圖中體現。
圖2-1圓柱形18650鋰電池電芯圖2-2 圓柱形18650鋰電池電芯生產流程
本設計選用的主要原料為licoo2 、石墨、乙炔黑、導電石墨、pvdf、nmp、mcmb、隔膜、電解液、鋁箔、銅箔、極耳、鋼殼、pvc等。主要儀器裝置有真空混料機、間隙塗佈機、碾壓機、極片連軋生產線、全自動分切機、全自動極耳焊接貼膠機、半自動捲繞機、全自動注液機、滾槽機、封口機、全自動清洗機、化成裝置、全自動噴碼機、分容櫃等。
18650鋰離子電池主要包括正極、負極和電解質，它利用鋰離子在正極和負極之間形成嵌入化合物的鋰狀態和電位的不同，通過電子的得失來實現充電和放電過程。充電時，li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極石墨，而放電時，li+ 從石墨脫嵌，經過電解質嵌入正極，如圖2-3所示。反應式如下：
正極反應：licoo2li1-xcoo2 + xli+ + xe-
負極反應：6c + xli+ + xe- lixc6
電池總反應：licoo2 + 6c li1-xcoo2 + lixc6
在正極材料licoo2中，鋰基本是以離子狀態存在，而在負極石墨中，鋰基本上以原子狀態存在，因此在鋰離子和鋰原子之間存在較高的電位差。同時，鋰在正極材料中，由於鋰離子是嵌入到晶格中，因此離子性更強，從而表現出較高的輸出電壓。
圖2-3 工作原理示意圖
製片車間的工藝流程為：正、負極配料→正、負極塗佈→正、負極對輥→正、負極分切→正負極烘烤。這是製作電池的第乙個大環節，每道工序都很重要， 操作不當，會直接影響產品的效能，增加殘次品的比率。
為了企業的經濟效益， 所以對質量要嚴格把控，現將工藝重點敘述如下：
(1)確定電池的額定容量及用料量
設額定容量為2300mah，正極加料比按鈷酸鋰:導電劑:粘結劑:
制膠溶劑=100:0.77:
1.35:34的比例配製。
負極加料比按石墨粉:導電劑:sbr:
cmc:制膠溶劑=100:2.
1:4.2:
1.7:92的比例配製。
正、負極的配料儀器如圖2-5所示。
圖2-5 左、右分別為正、負極拌料儀器
（2）正負極粉體過篩
正負極粉體過篩是為了除去正負極材料中的金屬雜質，主要為鐵。
正極工藝：a、篩網目數，粉體150目、super-p 100目b、篩網外觀：篩網無破損，網目無干料及雜質堵塞等現象。c、真空輸送管無堵塞、通氣不順，罐體清潔無汙物、雜質。
負極工藝：a、篩網目數，粉體150目、導電劑 50目b、篩網外觀：篩網無破損，網目無干料及雜質堵塞等現象。c、真空輸送管無堵塞、通氣不順，罐體清潔無汙物、雜質。
（3）塗佈工序
塗佈機、碾壓機如圖2-6、圖2-7所示。塗佈工藝要求箔材外觀表面、切面平整，色澤均一，無明顯亮線、明顯凹凸點、暗痕條紋等，邊緣無明顯翹邊和褶皺，無掉粉，管芯無生鏽。箔材按表1的要求進行選取，塗佈厚度按表2進行設定操作。
表 1表2
圖2-6 塗佈機圖2-7 碾壓機
(4) 分切工序
由於18650電池的直徑為18公釐，電池芯的直徑應控制在17.5-18公釐之間，因此，極片不能過長，否則捲成的電芯無法放入筒體中，極片過短會使電芯無法填滿電池筒體，造成安全隱患。鏗離子18650電池與鎳氫電池不同，它的蓋體時乙個復合件，既有能在內壓過高和過充時自動開啟的安全閥，還有乙個降低或終止充電的溫度係數電阻元件(cptc)。
因此，設計極片寬度時預留10-15公釐的空間，按以下工藝執行。
小片寬度：正極：56±0.1mm 負極： 58±0.1mm
毛刺： ≤12um
極片弧形度：負極：679mm長（一片）弧高≤0.68mm
正極：660mm長（一片）弧高≤0.66mm
圖2-8
裝配車間的工藝流程為：捲繞→入殼→滾槽→極組烘烤→注液→雷射焊→封口。現將捲繞工藝設計如下：
捲繞就是用隔膜把正負極極片隔開，卷裹在一起，為入殼做準備。在捲繞前，應對極片裁切進行正、負極片毛刺檢測，毛刺應小於等於12um；正、負極耳焊接拉力均大於等於15n；燙孔無變形；隔膜平整、無褶皺破損、依附芯孔壁、無**堵孔。捲繞時應注意對齊度：
從卷芯邊緣方向，負極完全包住正極，尺寸要求應為1±0.7mm；寬度方向隔膜完全包住負極，尺寸要求應為 1±0.5mm。
全自動捲繞機如圖2-9所示，卷好的成品如2-10所示，應無損傷毛刺等不良。
其它工序儀器部分展示:
圖2-9 全自動捲繞機圖2-10卷好的電芯
圖2-11 全自動注液機
圖2-12入殼圖2-13滾槽
鋰離子電池PACK培訓工藝
本培訓教材包括以下內容 一.鋰離子電池基本知識簡介 二.鋰離子電池充 放電的特性 三.pack工藝介紹 四.電池pack中的工藝特點 五.靜電的防護知識 一.鋰離子電池基本知識簡介 1.鋰離子電池的廣泛用途 發展高科技的目的是為了使其更好的服務於人類。鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的效能得...
鋰離子電池工藝流程
正極混料 原料的摻和 1 粘合劑的溶解 按標準濃度 及熱處理。2 鈷酸鋰和導電劑球磨 使粉料初步混合，鈷酸鋰和導電劑粘合在一起，提高團聚作用和的導電性。配成漿料後不會單獨分布於粘合劑中，球磨時間一般為2小時左右 為避免混入雜質，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。乾粉的分散 浸濕 1 原理 固體粉末放置在空...
手機鋰離子電池培訓
第一章鋰離子電池的歷史和發展 1 電池發展史 電池是將物質化學反應產生的能量直接轉換成電能的一種裝置。1800年，義大利科學家伏打 volta 將不同的金屬與電解液接觸，作成volta堆，這被認為是人類歷史上第一套電源裝置。從1859年普萊德 plante 試製成功鉛酸蓄電池以後，化學電源便進入了萌...