鋰離子電池的制造工藝探討

摘要：鋰離子電池在現代社會中運用越來越廣泛，而其制造工藝的優劣，則成了電池品質和使用壽命的關鍵所在，所以，所有電池生產廠家，都會對其制造工藝進行探索和改進，以提高產品的質量。文章將就鋰離子電池的制造工法進行初步的探討。

關鍵詞：鋰離子電池；制造工藝；制造流程

中圖分類號：TM912文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0091-02

鋰離子電池的制造工藝技術非常嚴格，在制造的過程中，會對制造工藝進行相應的調整和改進。如在鋰離子電池極片的制造中，為了防止鋰在極片的未涂覆碳材料的銅部位析出而引起安全問題，就需要對極片進行改進。當然，關于工藝的取舍，是多方面的綜合因素決定的。這需要技術部門對制造的流程和各個部分的技術要點有清晰的了解。

1鋰離子電池制造工的藝流

一般來說，鋰離子電池的制造過程，有以下這幾個主要工序如下：

制漿——用專門的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負極活性物質混合，經高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負極物質；涂膜——將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正、負極極片；裝配——按正極片一隔膜一負極片一隔膜自上而下的順序放好，經卷繞制成電池芯，再經注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池；化成——用專用的電池充放電設備對成品電池進行充放電測試，對每一只電池都進行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。

2正極制造

工業上應用的常見正極活物質主要有LiCoO2，LiNi O2和LiMn2O4等。最早用于商品化的鋰離子電池正極是LiCoO2。但是，由于鈷材料成本較高，資源缺乏，因此，必須開發少用鈷、不用鈷或廉價易得的材料，如用鎳或錳來取代鈷，這樣電池單價可大大降低。

LiNiO2是繼LiCoO2后研究較多的層狀化合物，一般是用鋰鹽和鎳鹽混合，在700～850℃經固態反應制備。鎳與鈷的性質相近，價格比鈷低廉。LiCoO2的理論比容量為274 mAh·g-l，目前LiNiO2的最大容量為150 mAh·g-1，工作電壓范圍為2.5～4.1 V，不存在過充電和過放電的限制，LiNiO2認為它是鋰離子電池中最有前途的正極材料之一。但由于LiNiO2的制備中存在許多問題，所以LiNiO2的實際應用還受到限制。為了改善LiNiO2的電化學性能，使其能實現工業化生產，目前各種摻雜的LiNiO2的研究正在不斷研究和完善之中。

尖晶石型的LiM2O4中M2O4骨架是一個有利于Li+離子擴散的四面體和八面體共面的三維網絡。其典型代表是LiMn2O4因為在加熱過程中易失去氧而產生電化學性能差的缺氧化合物，使高容量的LiMn2O4制備較復雜，現在常用的合成方法有多步加熱固態合成法、溶液-凝膠法、沉淀法等。

LiMn2O4同LiCoO2和LiNiO2相比，突出優點是安全、成本低、無環保問題、電壓最高。對電解液的要求（抗氧化）也高。制備純Li（1+0.05）Mn2O4相當困難，因為錳的氧化物形態太雜，在此材料中若含有其他形態的氧化錳，電化學性能下降嚴重，因此，要嚴格控制反應條件。LiM2O4的理論容量為148 mAh·g+，Bellcore公司能達到140 mAh·g-1，工業生產規模能達到接近理論值的比容量。

如何克服容量在循環時下降的問題是目前LiMn2O4研究的焦點。因此，尖晶石型特別是摻雜型LiMn2O4的結構與性能的關系仍是今后鋰離子電池電極材料研究的方向。目前關于LiMn2O4作電池正極材料的研究工作仍在進行之中，作為工業使用必須謹慎。

聚合物正極材料主要是雜環聚合物如聚砒咯（Ppy）、聚噻吩，（PTh）及其衍生物。由于聚合物電極的最大理論比能量高達300 Wh·kg-1，成本低，并可通過摻雜以滿足不同電極的需要，因此成為重要的發展方向。作為鋰離子電池用的納米正極材料已有納米結晶尖晶石LiMn2O4、鋇鎂錳礦型MnO2納米纖維、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn2O4納米管等料，其高空隙率為鋰離子的嵌人與脫出和有機溶劑分子的遷移提供了足夠的空間。

目前，國內的研究機構已開發合成了鋇鎂錳礦型納米錳氧化物、鋇鎂錳礦與水羥錳礦型復合層狀納米錳氧化物。V2O5正極能提高工作電壓。通過添加少量過渡金屬氧化物，如Fe2O3，NiO等，在首次充放電后可改善V2O5的晶格結構，提高可逆性，減少容量衰減。

3極片漿料涂布

無論是鋰離子電池的正極，還是負極，都涉及漿料，即活性物質往鋁箔或銅箔上涂敷的問題，活性物質涂敷的均勻性直接影響電池的質量，因此，極片漿料涂布技術和設備是鋰離子電池研制和生產的關鍵之一。

①涂布方法的選擇。在鋰離子電池實驗室研究階段，可用刮棒、刮刀或擠壓等自制簡單的涂布實驗裝置進行極片涂布，效果并不太理想，并存在各種；各樣的問題，因此只能涂布出少量供實驗研究的樣品。一般選擇涂布方法需要從下面幾個方面考慮，包括：涂布的層數，濕涂層的厚度，涂布液的流變特性，需要的涂布精度，涂布支持體或基材，涂布的速度等。

②條縫擠壓涂布及其涂布窗口擠壓涂布技術是較為先進的技術，可以用于較高粘度流體涂布，能獲得較高精度的涂層。采用條縫擠壓涂布，要獲得均勻的涂層，必須使擠壓嘴的設計及操作參數在一個適合的范圍內，也就是必須在涂布技術中稱為“涂布窗口”的臨界條件范圍內，才能進行正常涂幣。擠壓嘴的設計對涂布精度有極其重要的影響。因此，設計時需要有涂布漿料流變特性的詳細數據。而一旦按提供的流變數據設計加工出的擠壓嘴，在涂布漿料流變性質有較大改變時，就有可能影響涂布精度，擠壓涂布設備比較復雜，運行操作需要專門的技術。

③輥涂工藝的涂布窗口。輥涂是比較成熟的涂布工藝，如果有高精度涂布輥和精密軸承，有可能得到均勻度較好的涂層。輥涂可以應用于極片漿料的涂布。輥涂有多種形式，按輥的轉動方向區分可分為順轉輥和逆轉輥涂布兩種。此外還有配置3輥、4輥等多達10多種輥涂型式。究竟用哪一種輥涂型式要根據各種漿料的流變性質進行選擇。也就是所設計的輥涂型式、結構尺寸、操作條件、涂液的物理性質等各種條件必須在一個合理的范圍內，也就是操作條件進入涂布窗口，才能涂布出性能優良的涂層。

④極片涂布中的關鍵技術。在所有涂布產品中膠片所要求的涂布精度是最高的一種，因此膠片涂布中的許多技術是解決極片涂布的基礎。但極片涂布所特有的要求必須有特殊的技術才能解決。極片漿料粘度極高，超出一般涂布液的粘度，而且所要求的涂量大，用現在常規涂布方法無法進行均勻涂布。因此，應該依據其流動機理，結合極片漿料的流變特性和涂布要求，選擇適當的極片漿料的涂布方法。鋰離子電池極片是分段涂布生產不同型號鋰離子電池，所需要的每段極片長度也是不同的。如果采用連續涂布，再進行定長分切生產極片，在組裝電池時需要在每段極片一端刮除漿料涂層，

4結語

總而言之，在鋰離子電池的制造過程中，技術部門需要在把握整體流程的基礎上，進行技術的探索和革新，從行業的發展和技術的發展兩個方面，去捕捉新的技術點，并在實際的生產過程中積極的運用，保證產品的技術指標和質量標準。

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