锂电池恒温夹具化成系统设计与实现

发布时间：2020-08-25 05:37

【摘要】：锂离子电池具备重量轻、容量大、无记忆效应、自放电系数小和环保等优点,成为电子设备的首选能源,尤其是新能源汽车。《中国制造2025重点领域技术发展路线图》一文中,对锂电池做了明确的展望,到2025年锂电池能量密度必须大于300Wh/kg,锂电池已经上升到了国家战略研究层面,成为我国汽车行业弯道超车的关键。化成是锂离子电池生产过程中的关键工序,通过化成将不带电的正负极材料,进行充电活化,激活锂电池内部活性物质,使电池形成良好的SEI膜,提高电池的使用寿命,要做到这一点,必须有合适的化成设备,目前,国内外化成设备普遍存在化成时电流小、化成温度无法控制和在无压力下化成等问题,针对这些问题,本文设计一种恒定化成温度并用夹具加压化成系统,并对该系统生产的电池进行性能研究,本文工作主要如下:(1)首先,广泛阅读国内外化成设备文献,掌握各种化成设备的性能参数,实地调研锂电池制造企业,充分了解国内外的化成设备和化成工艺,总结国内外电池化成设备和化成工艺的优缺点以及锂电池化成过程中普遍存在的一些问题。(2)文中提出恒定化成温度与夹具压力化成技术,恒定化成温度在一定水平,提升正极、负极和电解液等材料的活性,生成致密的SEI膜,大幅度降低电池内阻,提高电池的安全性能和使用寿命。增加夹具加压化成,缩短锂电池正极、负极和隔离膜等材料之间的距离,减少锂离子穿越的距离,提高化成电流,节省化成时间,提高生产效率,电池的外观也变得更平整,厚度更薄,体积容量比也得到相应提升。(3)实现下位机系统开发,调查研究机械传动、电气传动、液压传动、气压传动等几种较为广泛的压力传动方式,确定采用气缸传动的压力方式。接着确定气缸参数,先用头脑风暴法确定影响电池化成性能的各种因子,再用鱼骨图确定关键因子,最后采用DOE(design of experiment)实验设计方法,对关键因子进行实验验证,获得最优的化成条件。(4)结合SQL Server数据库,利用Visual Basic上位机编程工具,对上位机操作系统的规划和设计,设计一款操作简单,人机互动性强、运行稳定的操作系统界面软件,实现对下位机的化成监控、过程控制、数据存储、查询与统计分析等功能。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;TM912
【图文】：

原理图,锂离子电池,原理图,钝化层

图 2.1 锂离子电池原理图：LiCoO2→ Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（：C+ xLi++ xe-→ LixC （总反应：LiCoO2+C → Li1-xCoO2+LixC （I 膜成首次充电过程中，电极材料与电解液在固液相面发生反应，形成电极表面上的钝化层，该钝化层允许 Li+通过，不溶于有机溶剂，进一步侵蚀电极，这个钝化层一般称“固体电解质面膜”，简称 SEI 极电极在电解液环境中更加稳定地存在，大大提高了电池的循环性。EI 膜的成分膜厚度大约 100~120nm，主要由无机成分和有机成分两部分组成。

无机盐,溶剂,碳酸锂

图 2.3 溶剂还原生产无机盐有机产物主要是由溶剂发生单电子还原，生成烷基碳酸锂，溶剂还原的中间产物-自由基，在反应过程中可发生偶合、催化开环，形成复杂的烷基碳酸锂、聚碳酸酯产物，如图 2.4 所示。图 2.4 溶剂还原生产有机盐2.3.2 SEI 膜的结构1. 随 SEI 深度不同，SEI 膜具有不同的化学组成，有多种模型描述 SEI 不同

有机盐,溶剂,碳酸锂,烷基

工程硕士学位论文溶剂（碳酸酯）的还原比较复杂，可发生单电子还原，生成烷基碳酸锂，可发生多电子反应生成简单无机产物 Li2CO3，如图 2.3 所示。图 2.3 溶剂还原生产无机盐有机产物主要是由溶剂发生单电子还原，生成烷基碳酸锂，溶剂还原的产物-自由基，在反应过程中可发生偶合、催化开环，形成复杂的烷基碳酸锂碳酸酯产物，如图 2.4 所示。

【参考文献】