锂离子电池的制造工艺探讨

摘要：锂离子电池在现代社会中运用越来越广泛，而其制造工艺的优劣，则成了电池品质和使用寿命的关键所在，所以，所有电池生产厂家，都会对其制造工艺进行探索和改进，以提高产品的质量。文章将就锂离子电池的制造工法进行初步的探讨。

关键词：锂离子电池；制造工艺；制造流程

中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0091-02

锂离子电池的制造工艺技术非常严格，在制造的过程中，会对制造工艺进行相应的调整和改进。如在锂离子电池极片的制造中，为了防止锂在极片的未涂覆碳材料的铜部位析出而引起安全问题，就需要对极片进行改进。当然，关于工艺的取舍，是多方面的综合因素决定的。这需要技术部门对制造的流程和各个部分的技术要点有清晰的了解。

1锂离子电池制造工的艺流

一般来说，锂离子电池的制造过程，有以下这几个主要工序如下：

制浆――用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质；涂膜――将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正、负极极片；装配――按正极片一隔膜一负极片一隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；化成――用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。

2正极制造

工业上应用的常见正极活物质主要有LiCoO2，LiNi O2和LiMn2O4等。最早用于商品化的锂离子电池正极是LiCoO2。但是，由于钴材料成本较高，资源缺乏，因此，必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料，如用镍或锰来取代钴，这样电池单价可大大降低。

LiNiO2是继LiCoO2后研究较多的层状化合物，一般是用锂盐和镍盐混合，在700～850℃经固态反应制备。镍与钴的性质相近，价格比钴低廉。LiCoO2的理论比容量为274 mAh・g-l，目前LiNiO2的最大容量为150 mAh・g-1，工作电压范围为2.5～4.1 V，不存在过充电和过放电的限制，LiNiO2认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiO2的制备中存在许多问题，所以LiNiO2的实际应用还受到限制。为了改善LiNiO2的电化学性能，使其能实现工业化生产，目前各种掺杂的LiNiO2的研究正在不断研究和完善之中。

尖晶石型的LiM2O4中M2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体和八面体共面的三维网络。其典型代表是LiMn2O4因为在加热过程中易失去氧而产生电化学性能差的缺氧化合物，使高容量的LiMn2O4制备较复杂，现在常用的合成方法有多步加热固态合成法、溶液-凝胶法、沉淀法等。

LiMn2O4同LiCoO2和LiNiO2相比，突出优点是安全、成本低、无环保问题、电压最高。对电解液的要求（抗氧化）也高。制备纯Li（1+0.05）Mn2O4相当困难，因为锰的氧化物形态太杂，在此材料中若含有其他形态的氧化锰，电化学性能下降严重，因此，要严格控制反应条件。LiM2O4的理论容量为148 mAh・g+，Bellcore公司能达到140 mAh・g-1，工业生产规模能达到接近理论值的比容量。

如何克服容量在循环时下降的问题是目前LiMn2O4研究的焦点。因此，尖晶石型特别是掺杂型LiMn2O4的结构与性能的关系仍是今后锂离子电池电极材料研究的方向。目前关于LiMn2O4作电池正极材料的研究工作仍在进行之中，作为工业使用必须谨慎。

聚合物正极材料主要是杂环聚合物如聚砒咯（Ppy）、聚噻吩，（PTh）及其衍生物。由于聚合物电极的最大理论比能量高达300 Wh・kg-1，成本低，并可通过掺杂以满足不同电极的需要，因此成为重要的发展方向。作为锂离子电池用的纳米正极材料已有纳米结晶尖晶石LiMn2O4、钡镁锰矿型MnO2纳米纤维、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn2O4纳米管等料，其高空隙率为锂离子的嵌人与脱出和有机溶剂分子的迁移提供了足够的空间。

目前，国内的研究机构已开发合成了钡镁锰矿型纳米锰氧化物、钡镁锰矿与水羟锰矿型复合层状纳米锰氧化物。V2O5正极能提高工作电压。通过添加少量过渡金属氧化物，如Fe2O3，NiO等，在首次充放电后可改善V2O5的晶格结构，提高可逆性，减少容量衰减。

3极片浆料涂布

无论是锂离子电池的正极，还是负极，都涉及浆料，即活性物质往铝箔或铜箔上涂敷的问题，活性物质涂敷的均匀性直接影响电池的质量，因此，极片浆料涂布技术和设备是锂离子电池研制和生产的关键之一。

①涂布方法的选择。在锂离子电池实验室研究阶段，可用刮棒、刮刀或挤压等自制简单的涂布实验装置进行极片涂布，效果并不太理想，并存在各种；各样的问题，因此只能涂布出少量供实验研究的样品。一般选择涂布方法需要从下面几个方面考虑，包括：涂布的层数，湿涂层的厚度，涂布液的流变特性，需要的涂布精度，涂布支持体或基材，涂布的速度等。

②条缝挤压涂布及其涂布窗口挤压涂布技术是较为先进的技术，可以用于较高粘度流体涂布，能获得较高精度的涂层。采用条缝挤压涂布，要获得均匀的涂层，必须使挤压嘴的设计及操作参数在一个适合的范围内，也就是必须在涂布技术中称为“涂布窗口”的临界条件范围内，才能进行正常涂币。挤压嘴的设计对涂布精度有极其重要的影响。因此，设计时需要有涂布浆料流变特性的详细数据。而一旦按提供的流变数据设计加工出的挤压嘴，在涂布浆料流变性质有较大改变时，就有可能影响涂布精度，挤压涂布设备比较复杂，运行操作需要专门的技术。

③辊涂工艺的涂布窗口。辊涂是比较成熟的涂布工艺，如果有高精度涂布辊和精密轴承，有可能得到均匀度较好的涂层。辊涂可以应用于极片浆料的涂布。辊涂有多种形式，按辊的转动方向区分可分为顺转辊和逆转辊涂布两种。此外还有配置3辊、4辊等多达10多种辊涂型式。究竟用哪一种辊涂型式要根据各种浆料的流变性质进行选择。也就是所设计的辊涂型式、结构尺寸、操作条件、涂液的物理性质等各种条件必须在一个合理的范围内，也就是操作条件进入涂布窗口，才能涂布出性能优良的涂层。

④极片涂布中的关键技术。在所有涂布产品中胶片所要求的涂布精度是最高的一种，因此胶片涂布中的许多技术是解决极片涂布的基础。但极片涂布所特有的要求必须有特殊的技术才能解决。极片浆料粘度极高，超出一般涂布液的粘度，而且所要求的涂量大，用现在常规涂布方法无法进行均匀涂布。因此，应该依据其流动机理，结合极片浆料的流变特性和涂布要求，选择适当的极片浆料的涂布方法。锂离子电池极片是分段涂布生产不同型号锂离子电池，所需要的每段极片长度也是不同的。如果采用连续涂布，再进行定长分切生产极片，在组装电池时需要在每段极片一端刮除浆料涂层，

4结语

总而言之，在锂离子电池的制造过程中，技术部门需要在把握整体流程的基础上，进行技术的探索和革新，从行业的发展和技术的发展两个方面，去捕捉新的技术点，并在实际的生产过程中积极的运用，保证产品的技术指标和质量标准。

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