锂离子电池极片制造工艺一般流程为:活性物质,粘结剂和导电剂等混合制备成浆料,然后涂敷在铜或铝集流体两面,经干燥后去除溶剂形成干燥极片,极片颗粒涂层经过压实致密化,再裁切或分条。然后正负极极片和隔膜组装成电池的电芯,封装后注入电解液,经过充放电激活,最后形成产品。
从材料科学视角考虑,电池极片复合材料的性能主要决定于它的组成成分和微观结构。组成成分不同的电极具有不同的性能;而相同成分的电极经过不同的制备工艺处理而具有不同的微观结构时,也将具有不同的性能。以电极的组成成分、制备工艺、微观结构和性能的关系及其变化规律为研究对象,并把这些关系和规律作为依据,可以为电极复合材料设计适当的成分和适宜的制备工艺,从而获得预期的微观结构,这样也就获得好的电池性能。
锂电池极片的工艺-微结构-性能之间的关系错综复杂,一方面锂离子电池极片的每一道工艺都会对微观结构产生影响,比如浆料的制备工艺过程、导电剂或粘结剂等添加剂的加入方式、涂布工艺、干燥工艺、辊压工艺等;另一方面,前工艺过程又会对后工艺产生影响,最终影响极片的微观结构;然后,极片的微观结构最终决定其性能,包括机械力学、电化学性能等。
锂离子电池极片设计与原理
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锂离子电池浆料制备基础
电池浆料制备工艺要求是:第一,电池浆料分散均匀,如果浆料分散不均,有严重的团聚现象,电池的电化学性能受到影响。导电剂分布不均匀会影响极片电子流通,粘结剂分布不均匀会影响涂层结合强度;第二,浆料需要具有良好的沉降稳定性和流变特性,满足极片涂布工艺的要求,并得到厚度均一的涂层。锂离子电池浆料分散悬浮液中可能的物质分布存在三种情况:导电剂没有充分分散,保持团聚;导电剂分散但与活性颗粒相互独立;导电剂分散并均匀包覆在活性颗粒表面。理想的导电剂分布是第三种结构:(1)导电剂均匀分布在活物质表面;(2)导电剂之间相互连通导电;(3)导电剂与活物质紧密接触。
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锂离子电池极片涂布基础
涂布工艺是一种基于对流体物性的研究,将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺,然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。锂离子电池极片涂布的方式目前主要有逗号辊转移涂布、狭缝挤压涂布。
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锂离子电池极片干燥基础
锂离子电池极片的干燥过程和涂布过程各自独立,又相互联系;涂层的性质,影响到干燥工艺的设计和操作;涂布速度、涂层的厚度决定干燥长度;干燥过程中涂层有流平过程,影响涂层的均匀性。因此,涂布在设计过程中能否准确地运用最佳的涂布、干燥工艺,平衡两者的关系,最终影响到涂布的综合技术性能。
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锂离子电池极片压实基础
极片干燥后再经历压实工艺,极片被辊压压实,涂层密度增大,对极片孔洞结构的改变巨大,而且也会影响导电剂的分布状态,从而影响电池的电化学性能。一方面,压实极片改善电极中颗粒在之间的接触,以及电极涂层和集流体之间的接触面积,降低不可逆容量损失、接触内阻和交流阻抗。另一方面,压实太高,孔隙率损失,孔隙的迂曲度增加,颗粒发生取向,或活物质颗粒表面粘合剂被挤压,限制锂盐的扩散和离子嵌入/脱嵌,锂离子扩散阻力增加,电池倍率性能下降。
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锂离子电池极片裁切/分条基础
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目前,本公众号“锂想生活1”(ID:LIB-Life1)结合自己的兴趣爱好,聚焦锂离子电池极片工艺-结构-电化学性能的有限元模拟基础理论、实例分析,敬请关注,主要先从以下2个方面开始:
(1)极片工艺模拟,包括搅拌、涂布、干燥、冲裁等。其中,搅拌、涂布和干燥主要是流体力学模拟过程,冲裁是材料力学和弹塑性形变过程;
(2)锂离子电池电化学模拟,根据电极结构和物性参数预测电化学性能。
⊙ 锂电池伪二维电化学模型理论简介
⊙ 锂电池P2D模型基础:欧姆定律
⊙ 锂电池P2D模型基础:菲克第二定律
⊙ 锂电池P2D模型基础:电荷守恒
⊙ 锂电池P2D模型基础:几何尺寸
⊙ 锂电池P2D模型参数获取:孔隙率
⊙ 锂电池P2D模型参数获取:平衡电势
⊙ 锂电池极片涂布工艺模拟:模头与箔材间流场
⊙ 锂电池极片涂布工艺模拟:挤压模头内流场
总结分享模拟理论基础、学习过程和经验,和大家共同进步,希望这个过程对自己,对大家都有所帮助。所期望的理想锂电有限元模拟过程是:通过极片工艺模拟获得极片结构参数,将这些参数作为电化学模型的输入,考察查参数对电池性能的影响,建立工艺-极片结构-性能之间的关系,预测工艺对电池的影响。

