锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠Li⁺ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。随着新能源汽车等下游产业◇不断发展，锂离子电池的生产规模正在不断扩大。本文以钴酸锂为例，全面讲解锂离子电池的的原理、配方和工艺流程,锂电池的性能与测试、生产注意事项和设计原则。

LiCoO₂ + 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体（铝箔）

石墨 + 导电剂 + 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体（铜箔） 

3.1 充电过程

一个电源给电池充电，此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上，正锂离子Li⁺从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲∴的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起◥。

正极上发生的反√应为：

负极上发生的反应为：

3.2 电池放电过程

放电有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电Ψ子通过。由此可知，只要负极上的电子不能从负极跑到※正极，电池就不会放电。电子和Li+都是同时行▃动的，方向◣相同但路不同，放电时，电子︾从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。

3.3 充放电特性

电芯正极采用LiCoO2 、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本♂是一种层结构很稳定的晶型，但当从LiCoO2拿走x个Li离子后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取决于x的大小。

通过研究发现当x >0.5时，Li1-xCoO2的结构表※现为极其不稳定」，会发生【晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-xCoO2中的x值，一般充电电压不大于4.2V那么x小于0.5 ，这时Li1-xCoO2的晶型仍是稳定的。

负极C₆其本身↘有自己的特点，当第一次化成后，正极LiCoO₂中的Li被充到负极C₆中，当放电时Li回到正极LiCoO₂中，但化成之后必须有一部分Li留在负极C₆中心，以保证下次充放电Li的正■常嵌入，否则电芯◤的压倒很短Ψ，为了保证有一部分Li留在负极C₆中，一般通过限制放电下限电压来实现：安全充电上限电压≤4.2V，放电下限电压≥2.5V。

记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的。主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳々定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过〖程中移动的锂离子数目。

过度充电和过＠ 度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层◆面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的●锂离子硬塞进负极碳结」构里去，而使得其♀中一些锂离子再也无法释放出来。

不适合的温度将引发锂离子电池⌒　内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物，所以在不少◎的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。在电池∩升温到一定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大¤直到断路，电池不再升温，确保电池充电温度正常。

1.1 正极配方：LiCoO₂+导电剂+粘合剂+集流体（铝箔）

LiCoO2(10μm): 96.0%

导电剂（Carbon ECP） 2.0%

粘合剂（PVDF 761） 2.0% 

NMP（增加粘结∴性）:固体物质的重量比▽为8:15

a)正极粘度控制6000cps（温度25℃ ）；

b) NMP重量须适当调节，达到粘度要求为宜；

c)特别注意温度、湿度对黏度的影响

正极活性物质：

钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。非极性√物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8 μm，含水量≤0.2%，通常︾为碱性，pH值为10-11左右。

锰酸锂：非极性物卐质，不规则形状，粒径D50一般为5-7 μm，含水量≤0.2%，通常为★弱碱性，pH值为8左右。

导电剂：链状物，含水量< 1%，粒径一般◥为 1-5 μm。通常使用导电性优异的超导碳黑，如科琴№炭黑Carbon ECP和ECP600JD，其作用：提高正极材料的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性；提高正极片的电解液的吸液※量，增加反应界█面，减少极化。

PVDF粘合剂：非极性物质，链状物，分子量从300,000到3,000,000不等；吸水后分子量下降，粘性变差。用于将钴酸锂、导电剂№和铝箔或铝网粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。

NMP：弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆↘料。

集流体（正极引线）：由铝箔或铝带制成。

1.2 负极配方：石墨+导电剂+增稠剂（CMC）+粘结剂（SBR）+ 集流体（铜箔）

负极材料（石墨）：94.5%

导电剂（Carbon ECP）：1.0%(科琴超导碳黑)

粘结剂（SBR）：2.25%(SBR = 丁苯橡胶胶乳）

增稠剂（CMC）：2.25%(CMC = 羧甲基纤维素卐钠）

水：固体物质的重量比为1600:1417.5

a) 负极黏度控制5000-6000cps（温度25转子3）

b) 水重量需要↑适当调节，达到黏度要求为宜；

c) 特别注意温度湿度对黏度的影响

石墨：负极活性物※质，构成』负极反应的主要物质；主要分为天然石墨和人造石墨两大类。非极性物质，易被非极性△物质污染，易在非极性物质中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。一般粒径 D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。

导电剂：其作用为：

a) 提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。

b) 提高▓反应深度及利用率。

c) 防止枝晶的产生。

d) 利用导电材料的吸液能力，提高反⌒应界面，减少极化。（可根据石墨粒度分布选择加或不加）。

添加剂：降低不可逆反应，提高粘附力，提ξ高浆料黏度，防止浆料沉淀。

增稠剂/防沉淀剂（CMC）：高分子化合物，易溶于水和极性╲溶剂。

异丙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂网状交链，提∑　高粘结强度。

乙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度（异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选↓择添加哪种）。

水性粘合剂（SBR）：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链『状乳液，极易溶于水♀和极性溶剂。

去离子水（或蒸馏水）：稀释剂，酌量添加，改变浆料的流☆动性。

负极引线：由铜箔或镍带制成。

2.1正极混料 ：

2.1.1原料的』预处理

1) 钴酸锂：脱水。一般用120 °C常压烘烤2小时左右。

2) 导电剂：脱水。一般用200 °C常压烘烤2小时左右。

3) 粘合剂：脱水。一般用120-140 °C常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的√大小决定。

4) NMP：脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

2.1.2物料球磨：

1) 4小时结束，过筛分离出球磨；

2) 将LiCoO₂ 和Carbon ECP倒入料桶，同时加入磨球（干料：磨球=1:1），在滚瓶♂及上进行球磨，转速控制在60rmp以上

2.1.3 原料的掺和：

1) 粘合剂的溶解（按标︽准浓度）及热处理。

2) 钴酸锂和导电剂球磨：使粉料初步混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不♀会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为2h左右；为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。

2.1.4 干粉ω　的分散、浸湿：

原理：固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将∏会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面；如果固体与气体吸附力【比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体；如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。

当润湿角≤90°，固体浸湿。当润湿角>90°，固体不浸湿。

正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容①易。

分散方法对分散的影响：

1)静置法（时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构）；

2)搅拌法：自转或自转加公转（时间短，效果佳，但有可能损伤个别材料的自身结〖构）。

搅拌桨对分散速度⊙的影响：搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨★用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段；球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。

搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度」越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。

浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料⌒　沉淀的加重。

浓度对粘结强度的影响。浓度越大，柔制强度→越大，粘接〓强度越大；浓度越低，粘接强度◎越小。

真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度；材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀〒的难度将大大降低。

温度对分散速度的影响。适宜的温度下，浆料█流动性好、易分散。太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。

稀释：将浆料√调整为合适的浓度，便于涂布。

2.1.5操作步骤

a) 将NMP倒入№动力混合机（100L）至80°C，称取PVDF加入其中，开机；参数设置：转速25±2r/min，搅拌115-125min；

b) 接通〗冷却系统，将已经磨号的正极干料平均分四次加入，每次间隔28-32min，第三次加料视材料需要添加NMP，第四□次加料△后加入NMP；动力混合机〒参数设置：转速为20±2r/min

c) 第四次加料30±2min后进行高速搅拌，时间为480±10min；动力混合机参数设◇置：公转为30±2r/min，自转为25±2r/min；

d) 真空混合：将动力混合⌒机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±2min；动力⌒　混合机参数设置：公转为10±2min，自转为8±2r/min

e) 取250-300ml浆料，使用黏度计测量←黏度；测试条件：转子号5，转速12或30rpm，温度范围25°C；

f) 将正极料从动力混合机中取出①进行胶体磨、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。

2.1.6注意事项

a)  完成，清理机器设备︽及工作环境；

b)  操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。

2.2 负极混料

2.2.1原料的预处理：

1) 石墨：

A、混合，使原料均匀化，提高一致性。

B、300~400°C常压烘烤，除去表面油性物♀质，提高与ぷ水性粘合剂的相容能力，修圆石墨表◣面棱角（有些材料为保持表面特∏性，不允许＠烘烤，否则效能降低）。

2) 水性粘合剂：适当稀释，提高分散能力。

2.2.2 掺和、浸湿和分散： 

1) 石墨与∞粘合剂溶液极性不同，不易分散。

2) 可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘合剂溶液混合。

3) 应适当降低搅拌浓度，提高分◥散性。

4) 分散过程为减少极性物与非极∩性物距离，提高势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。

5) 搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。

6) 分散原理、分散方法同正极配》料中的相关内容

2.2.3稀释：

将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

2.2.4物料球磨

1) 将负极和KetjenblackECP倒入料桶同时加入球磨（干料：磨球=1:1.2）在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；

2) 4小时结束，过筛分离出球磨；

2.2.5操作步骤

1) 纯净水加热至至80°C倒入动力混合机（2L）

2) 加CMC，搅拌60±2min；动力混合机参数设□　置：公转为25±2min，自转为15±2r/min；

3) 加入SBR和去离子水，搅拌60±2min；

动力混合机参数设置：公转为30±2min，自转为20±2r/min；

4) 负极干々料分四次平均顺序加入，加料【的同时加入纯净水，每次间隔28-32min；动力混合机参数设置：公转为20±2r/min，自转为15±2r/min；

5) 第四次加料30±2r/min后进行高速搅拌，时间为480±10min；

动力混合机参数设置：公转为30±2r/min，自转为25±2r/min；

6) 真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09到0.10Mpa，搅拌30±2min；

动力混合机参数设置：公转为10±2min，自转为8±2r/min

7) 取500ml浆料，使用▲黏度计测量黏度；

测试条件：转子号5，转速30rpm，温度范围25°C；

8) 将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。

2.2.6 注意事项

1) 完成，清理机器设备及工作环境；

2) 操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。

配料注意事项：

ü防止㊣　混入其它杂质；

ü防止浆料飞溅；

ü浆料的∏浓度（固含量）应从高往低№逐渐调整，以免增加麻烦；

ü在搅拌的间歇︾过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；

ü浆料不宜长时间㊣搁置，以免沉淀或均匀性降低；

ü需烘烤的物料必须密封冷却『之后方可以加入，以免组分材料性质变化；

ü搅拌时间的︼长短以设备性能、材料加入量『为主；

ü搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备；

ü出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时ξ造成断带；

ü对配料人员要加强培训，确保其掌握专业知识，以〓免酿成大祸；

ü配料的关键∮在于分散均匀，掌握该¤中心，其它方式可自行调整。

1、极片尺寸

2、拉浆工艺

a)集流体尺寸

正极（铝箔），间歇涂布

负极（铜箔），间歇涂布

b）拉浆重量要求

3、正极拉浆后进行以下工序：

裁大片  裁小片  称片（配片）  烘烤  轧』片极耳焊接负极拉浆后进行以下工序：

裁大片  裁小片  称片（配片）  烘烤  轧片极耳焊接

.4、轧片要求

5、配片方案

 6、极片烘烤

备注：真空系统的真☉空度为-0.095-0.10Mpa；保护气为高纯氮气，气体气压大于0.5Mpa

7、极耳制作

a)　正极：

正极极耳在正极片处采用★超声波焊接。铝条末端与极片边缘平齐。

b)　负极：

镍条尺寸：0.10×3.0×48mm，镍条直接用点焊机点焊，要求点焊点数为8个∩点镍条右侧与负极片右侧对齐，镍条末端与极片边缘平齐。

8　隔膜尺寸：0.025×44.0×790±5mm

9　卷针宽度：22.65±0.05mm

10　压芯：电池卷绕后，先在电芯底部贴上24mm宽的透明胶纸，再用压平机冷压︾两次。

11　电芯入壳前要求

胶纸1：10.0×38.0±1.0mm，胶纸在电芯两侧分◤布均匀；　

胶纸2：10.0×38.0±1.0mm，镍条在胶纸中央；

胶纸3：24.0×30.0±2.0mm，胶纸在电芯两侧分布均匀；

镍条右侧距电芯右侧为7.0±1.0mm。

12　装壳

装◣壳时应用双手同时用力，缓缓将电『芯装入电池壳中，禁止划伤电☆芯。

13　负▓极极耳焊接

负极镍条与钢壳用点焊机进行焊接，要保证焊接强度，禁止虚焊。

14　激光焊接

激光焊接时应仔细上夹具，电池壳与上盖配合良好后才能进行焊接，注意避免出现焊偏。

15　电池真空烘烤

备注：

(1)真空系统的真空度为-0.095~-0.10MPa；

(2)保护气为高纯氮气，气体压力＞0.5MPa；

(3)每小时抽一次真空注◆一次氮气

16　注液量：2.9±0.1g

注液房相对湿度：≤30%，温度：20±5℃封口胶布：6mm宽红色胶布，粘胶纸时注意擦净注液口处的电解液用2道橡皮筋将棉花固定在注液口处※。

17　化成制度

（1）　开口化成工艺

a)　恒流充电：40mA×4h；80mA×6h

　　电压限制：4.00V

b)　全检电压，电压≥3.90V的电池进行→封口，电压<3.90V的电池用60mA恒流至3.90~4.00V后封口，再打钢珠

c)　电池清洗，清洗剂为醋酸+酒精

（2）　续化成制度

按程序进行续》化成：

a)　恒流充电（400mA，4.20V，10min）

b)　休眠（2min）

c)　恒流充电（400mA，4.20V，100　min）

·
d)　恒压充电（4.20V，20　mA，150　min）

e)　休眠（30min）

f)　恒流放电（750mA，2.75V，80　min）

g)　休眠（30min）

h)　恒流充电（750mA，3.80V，90　min）

j)　恒压充电（3.80V，20　mA，150　min）

（3）　检测分容

按如下档】次对电池进行分容：

电池下柜↘后全检电压，电压＜3.77V的电池采用程序补电：

（1）恒流充电（750mA，3.80V，10　min）

（2）休眠（2min）

（3）恒流充电（750mA，3.80V，30　min）

（4）恒压充电（3.80V，20　mA，60min）

18　电池复检

电池下柜分容后在室温下放置20天进行复检，步骤如下：

a)　用整形机对电池整形；

b)　全检电池厚度、电压、内阻，分类方法如下：