实验室锂离子电池制作测试体系工艺研究

发布时间：2017-10-10 10:08

  本文关键词：实验室锂离子电池制作测试体系工艺研究

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【摘要】：本文在多年锂离子电池及其材料研发基础上,开发设计了一套适合于实验室锂离子电池快速评价的锂离子电池制作测试体系,并对实验室锂离子电池制浆工艺和极片辊压工艺进行了研究。开发设计了一套实验室锂离子电池制作测试体系。本体系包括高速匀浆系统、小型涂布系统、软包18650/14500电芯制备技术、微环境控制、电化学测试系统等。设计了公转偏心搅拌恒温水循环制浆系统,提高了浆料制备质量,缩短了制浆时间;改进了涂布机涂布厚度调节机构,提升了涂布厚度控制精度;开发了极片压实设备,采用大直径辊和小型支架结构,便于实验室摆放和实施操作,同时消除了压实极片的发散性条纹;开发了软包圆柱形锂离子电芯封装系统,便于性能测试及电池的解剖分析;设计了可调温电化学测试系统,可供多种温度氛围测试,且方便操作。整个实验室锂离子电池制作测试体系规模小,设备结构简洁,电池制备工艺简单,且成本低廉。在本系统的基础上,以磷酸铁锂为基础材料,研究了实验室锂离子电池制浆工艺。以浆料制备过程中胶体的搅拌速度、加料方式和胶浓度等工艺参数为主要研究内容,考察不同工艺条件对浆料的稳定性、分散性、浆料粘结性以及电池放电性能的影响。确定了在室温条件下,分次添加物料的加料方式,以搅拌速度2000 rpm制胶,以制胶浓度6%制浆的最佳工艺参数。在此条件下制备的14500软包磷酸铁锂电池首次放电容量为508.1mAh,首次效率86.0%,1C循环100次后容量保持率为99.5%。对实验室磷酸铁锂锂离子电池正极极片的辊压工艺进行优化研究,考察了辊压间距和极片压实密度对材料反弹率、内阻及电化学性能的影响。确定了辊压间距为60μm~70μm,压实密度为2.28g/m2的最优辊压工艺参数。在此工艺下,极片质量高,无死痕、条纹、亮面等情况,电池的电化学性能优异。
【关键词】：锂离子电池 制作测试体系 制浆工艺 辊压工艺
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 锂离子电池简介11-13
• 1.2 锂离子电池的制备工艺13-17
• 1.2.1 制浆工艺13-14
• 1.2.2 涂布工艺14-15
• 1.2.3 辊压工艺15-16
• 1.2.4 极片剪裁工艺16-17
• 1.2.5 卷绕工艺17
• 1.2.6 注液工艺17
• 1.3 锂离子电池技术发展趋势17-19
• 1.4 课题研究目的和意义19-21
• 第二章 实验部分21-29
• 2.1 实验仪器和药品21-22
• 2.2 实验室锂离子电池制作工艺22-26
• 2.2.1 极片制作工艺23-25
• 2.2.2 14500电芯的制作25-26
• 2.2.3 注液和封装26
• 2.3 测试方法及仪器26-29
• 2.3.1 浆料粘度测试26
• 2.3.2 浆料固含量测试26
• 2.3.3 浆料颗粒粒度分布测试26
• 2.3.4 浆料分散性测试26-27
• 2.3.5 极片粘结性测试27
• 2.3.6 极片压实密度测试27
• 2.3.7 电池电内阻测试27
• 2.3.8 电池电化学性能测试27-29
• 第三章 实验室锂离子电池制作测试体系的构建与改进29-47
• 3.1 匀浆体系的构建及改进29-34
• 3.1.1 实验室匀浆体系的构建30-31
• 3.1.2 自建匀浆体系的改进31-34
• 3.2 实验室涂布体系的构建与改进34-37
• 3.2.1 实验室涂布体系的构建34-36
• 3.2.2 实验室涂布体系的改进36-37
• 3.3 实验室极片制造体系的构建与改进37-41
• 3.3.1 实验室极片制造体系的构建38-39
• 3.3.2 实验室极片制造体系的改进39-41
• 3.4 实验室电芯装配体系的构建与改进41-44
• 3.4.1 实验室电芯装配体系的构建41-42
• 3.4.2 实验室电芯装配体系的改进42-44
• 3.5 实验室锂离子电池测试体系的构建与改进44-46
• 3.5.1 实验室锂离子电池测试体系的构建44-45
• 3.5.2 实验室锂离子电池测试体系的改进45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 实验室锂离子电池制浆工艺的研究47-61
• 4.1 制胶工艺对胶体分散性影响的研究47-50
• 4.1.1 搅拌速度对胶体分散性的影响48
• 4.1.2 加料方式对胶体分散性的影响48-50
• 4.2 制胶浓度对浆料性能的影响50-57
• 4.2.1 制胶浓度对浆料稳定性的影响50-54
• 4.2.2 制胶浓度对浆料分散性影响的研究54-56
• 4.2.3 制胶浓度对浆料粘结性影响的研究56-57
• 4.3 电池的电化学性能的测试57-58
• 4.3.1 倍率性能测试57-58
• 4.3.2 循环性能测试58
• 4.4 本章小结58-61
• 第五章 离子电池制备过程中极片辊压工艺的优化研究61-75
• 5.1 不同辊压间距对锂离子电池性能的研究61-69
• 5.1.1 辊压间隙对极片表面状态影响的研究62-64
• 5.1.2 不同辊压间距的极片反弹的测试64
• 5.1.3 不同辊压间距的电池内阻测试64-65
• 5.1.4 不同辊压间距的电池电化学性能测试65-69
• 5.2 不同压实密度对电池电化学性能的测试69-73
• 5.2.1 内阻性能测试69
• 5.2.2 电化学性能测试69-73
• 5.3 本章小结73-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-81
• 发表论文和参加科研情况说明81-83
• 致谢83-84

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本文编号：1005747