锂离子电池制造工艺原理与应用

第1章锂离子电池概述001

1.1锂离子电池电化学原理/002

1.1.1化学原理/002

1.1.2电池结构及分类/003

1.2锂离子电池原材料及制造/005

1.3锂离子电池性能/006

1.3.1电化学性能/006

1.3.2安全性能/011

1.4锂离子电池发展历程、特点及应用/012

1.4.1锂离子电池发展历程/012

1.4.2锂离子电池特点及应用 /013

参考文献/014



第2章锂离子电池原材料016

2.1锂离子电池正极材料/017

2.1.1正极材料简介/017

2.1.2钴酸锂/018

2.1.3三元材料 /020

2.1.4富锂锰基材料/022

2.1.5尖晶石型锰酸锂/025

2.1.6磷酸铁锂/027

2.2锂离子电池负极材料/030

2.2.1负极材料简介/030

2.2.2石墨材料/031

2.2.3无定形炭/034

2.2.4钛氧化物材料/036

2.2.5SiOx/C复合材料/037

2.2.6Sn基复合材料/039

2.3电解质/040

2.3.1电解质简介/040

2.3.2液态电解质/041

2.3.3半固态电解质——凝胶聚合物电解质/044

2.3.4固态电解质/046

2.4隔膜/048

2.4.1隔膜种类和要求/048

2.4.2湿法聚烯烃多孔膜/050

2.4.3干法聚烯烃多孔膜/050

2.4.4无机/有机复合膜/051

2.5其他材料/052

2.5.1导电剂/052

2.5.2黏结剂/053

2.5.3壳体、集流体和极耳/054

参考文献/055



第3章锂离子电池多孔电极基础056

3.1多孔电极简介/057

3.1.1多孔电极结构/057

3.1.2多孔电极分类/058

3.2锂离子电池多孔电极动力学/058

3.2.1多孔电极过程/058

3.2.2多孔电极动力学/061

3.2.3多孔电极极化/067

3.2.4多孔电极锂离子扩散测量与模拟/073

3.3锂离子电池多孔电极电化学性能/080

3.3.1多孔电极孔隙结构/080

3.3.2多孔电极电化学性能/088

3.3.3多孔电极结构稳定性/091

3.3.4锂离子电池多孔电极结构设计/097

参考文献/100



第4章锂离子电池制浆105

4.1概述/106

4.2悬浮液颗粒受力［1］/106

4.2.1颗粒间作用力/107

4.2.2颗粒受到的其他作用力/111

4.2.3颗粒间距和粒度对颗粒受力的影响/113

4.3静态悬浮液稳定性/114

4.3.1沉降方式/114

4.3.2稳定悬浮液的判据/115

4.4锂离子电池浆料制备原理/117

4.4.1粉体润湿/117

4.4.2粉体分散/119

4.4.3脱气、输送和过滤/122

4.5锂离子电池制浆设备/124

4.6锂离子电池制浆工艺/128

4.6.1浆料体系及要求/128

4.6.2制浆工艺步骤/130

4.6.3悬浮液分散性和稳定性调控/135

4.6.4制浆工艺与极片导电体系/146

参考文献/150



第5章锂离子电池涂布151

5.1涂布流变学基础/152

5.1.1悬浮液分类/152

5.1.2剪切与黏度/154

5.1.3润湿与流平/157

5.2黏度和表面张力调控/159

5.2.1黏度调控/159

5.2.2表面张力调节/165

5.2.3助剂调节/167

5.2.4温度调节/170

5.2.5制浆工艺调节/171

5.3辊涂原理与工艺/174

5.3.1辊涂简介/174

5.3.2单辊涂布/174

5.3.3双辊涂布/179

5.3.4三辊涂布/187

5.4预定量涂布原理与工艺/188

5.4.1坡流涂布原理与工艺/188

5.4.2条缝和挤压涂布原理与工艺/202

5.4.3涂布弊病及消除/212

5.5涂布方法选择/214

5.5.1涂布方法/214

5.5.2涂布方法选择/215

5.6干燥/217

5.6.1干燥简介/217

5.6.2干燥原理与工艺/218

5.6.3干燥时涂膜的流变性质及缺陷预防/225

5.6.4干燥设备/232

参考文献/233



第6章锂离子电池极片辊压236

6.1概述/237

6.2粉体基本性质/237

6.2.1粒度与形状/238

6.2.2群聚集性质/241

6.3粉体充填模型和充填密度/243

6.3.1理想充填模型/243

6.3.2实际粉体充填密度/246

6.4实际粉体压缩性能/248

6.4.1压缩过程/248

6.4.2压缩曲线/249

6.4.3充填和压实的调控/252

6.5极片辊压原理与工艺/254

6.5.1辊压力/255

6.5.2厚度控制/256

6.5.3伸长率/259

6.6辊压极片与电池性能/261

6.6.1压实密度对电池性能的影响/261

6.6.2电极特性对电池充放电性能的影响/266

6.7极片辊压设备/269

6.7.1辊压机/269

6.7.2附加装置/270

6.8极片质量与控制/272

6.8.1极片缺陷及控制/272

6.8.2收放卷缺陷/274

6.8.3极片强韧性/274

6.8.4极片黏结性/276

参考文献/277



第7章锂离子电池极片分切280

7.1极片分切方法/281

7.2极片剪切过程/282

7.3极片剪切工艺/283

7.3.1剪切材料/283

7.3.2剪切力/284

7.3.3刀盘水平间隙和垂直间隙/285

7.3.4剪切速率/288

7.3.5张力/288

7.4极片分切设备/289

7.4.1纵切设备/289

7.4.2横切设备/291

7.5激光分切/292

7.5.1激光分切简介/292

7.5.2激光分切工艺/295

7.6极片分切缺陷及其影响/298

7.6.1分切缺陷/298

7.6.2分切缺陷的影响/300

参考文献/301



第8章锂离子电池配装303

8.1电极卷绕和叠片/304

8.1.1卷绕和叠片工艺/304

8.1.2卷绕和叠片设备/308

8.2锂离子电池组装/312

8.2.1组装工艺/312

8.2.2组装设备/315

8.3锂离子电池装配质量检验/319

参考文献/320



第9章锂离子电池焊接321

9.1焊接概述/322

9.2锂离子电池激光焊接/325

9.2.1激光焊接原理/325

9.2.2激光焊接设备/326

9.2.3脉冲激光缝焊/329

9.2.4脉冲激光点焊/333

9.2.5激光焊接性/334

9.2.6焊接检验及缺陷预防/335

9.2.7激光焊接防护/337

9.3锂离子电池超声波点焊接/337

9.3.1超声焊接原理及特点/337

9.3.2超声焊接设备/339

9.3.3超声波点焊工艺/341

9.3.4超声焊焊接性/348

9.3.5缺陷及预防/353

9.4锂离子电池电阻点焊/354

9.4.1电阻点焊原理及特点/354

9.4.2点焊设备/356

9.4.3电阻点焊工艺/357

9.4.4常用材料焊接性/363

9.4.5缺陷及预防/365

9.5锂离子电池塑料热封装/368

9.5.1热封装原理与设备/368

9.5.2热封工艺/369

参考文献/371



第10章锂离子电池化成373

10.1锂离子电池化成原理/374

10.1.1化成反应/374

10.1.2固体产物及SEI膜/375

10.1.3气体产物与水分/379

10.1.4极片的膨胀/383

10.2锂离子电池化成工艺及设备/387

10.2.1注液工艺及设备/387

10.2.2化成工艺及设备/391

10.2.3老化工艺及设备/395

10.3锂离子电池制造水分控制/396

10.3.1水分控制工艺/396

10.3.2水分控制设备/398

10.4锂离子电池分容分选/399

参考文献/403



第11章动力锂离子电池407

11.1概述/408

11.1.1动力电池简介/408

11.1.2电动汽车动力电池/410

11.2单体动力锂离子电池电性能/412

11.2.1原材料与电性能/412

11.2.2电池结构与电性能/414

11.3单体动力锂离子电池安全性/414

11.3.1热失控及安全性能/414

11.3.2电池结构与安全性能/416

11.3.3设备工艺与安全性能/417

11.3.4原材料与安全性能/419

11.4单体动力锂离子电池一致性/420

11.4.1电池一致性指标/421

11.4.2电池一致性影响因素/423

11.4.3筛选指标与一致性/424

11.4.4一致性与电池组性能/425

11.5动力锂离子电池组管理/428

11.5.1电池组管理系统简介/428

11.5.2电池状态评估/429

11.5.3电池充放电及均衡控制/433

11.5.4电池组温度控制/436

11.6动力锂离子电池组安全技术/439

11.6.1安全技术/439

11.6.2安全性能检测/440

参考文献/441



第12章锂硫电池和类锂离子电池443

12.1锂硫电池/444

12.1.1反应原理及特点/444

12.1.2正极材料/446

12.1.3负极材料/461

12.1.4电解质/465

12.2钠离子电池/469

12.2.1反应原理及特点/469

12.2.2正极材料/470

12.2.3负极材料/475

12.3镁离子电池和铝离子电池/488

12.3.1镁离子电池/488

12.3.2铝离子电池/489

参考文献/491