你知道锂离子电池是怎么做出来的吗?

在我们的现代生活中,从智能电话到电动汽车以及家用储能,可充电电池都是必不可少的角色。但是您是否有偶然停下思考过锂离子电池是怎么做出来的?

锂离子电池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。具体的电池工艺流程如图1所示。

图1 锂离子电池工艺流程图

以下是一个锂离子电池工艺简单视频,直观展示锂离子电池的生产过程。

其实,电池极片是一种三明治结构的复合材料,主要由活性物质颗粒、粘结剂和导电剂等组成的两面多孔涂层,以及夹在中间的金属集流体箔材。

图2 极片三明治典型结构示意图

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。目前,锂离子电池的研究非常火热,而电池极片的制备技术对微观结构的影响往往被忽视或被低估。

锂电池极片的工艺-微结构-性能之间的关系错综复杂,如图3所示,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。

图3 锂电池极片工艺-微结构-性能相互关系

在极片工艺方面,对微观结构影响巨大的工艺主要包括混料,涂布干燥和辊压压实。

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