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电池组装一:48V的电池组装工艺今天出去带全家第一次旅行,工作切换每天绷着根神经,接下来需要放松几天。去之前还是谈谈48V电池的事,我2015年之前和马勇打过赌,认为48V这个事还是道路比较长,这几年动力电池的道路收紧,不少做Pack和电池都指望这个事,特别是看到万向发布的和SGM的合作的事,大家都
电池组装

电池组装一:48V的电池组装工艺


     今天出去带全家第一次旅行,工作切换每天绷着根神经,接下来需要放松几天。
     去之前还是谈谈48V电池的事,我2015年之前和马勇打过赌,认为48V这个事还是道路比较长,这几年动力电池的道路收紧,不少做Pack和电池都指望这个事,特别是看到万向发布的和SGM的合作的事,大家都high了,今天谈的这个视频是
    Mercedes-Benz 48-Volt Battery L09-1 Production. Plant Kamenz, Saxony. Stuttgart/Kamenz  (Daimler starts the construction phase for a second battery factory at their subsidiary ACCUMOTIVE’s site in Kamenz)
1)TOX联结 无铆钉铆接
     在讨论中,在群里讨论的时候,这块我也没有太多的概念,不过我把整个过程给摘录出来了。
端板
这个机械手是从下往上然后由上面的结构吸住
放置上下端板
模组部分已经给放置在中间
夹紧
边盖 这么TOX一下,这个是调用的传统汽车的工艺过程,一旦真的集全部的力量来做电动汽车,在各家的工艺、制造的能力储备就要给翻出来了,这就不是传统做电池的结构有优势了
等后续拆解我们才能和这个对应起来
2)后面的步骤都没显示出来了:其实包括模组放入外壳里面
这里是把BMS+DCDC两个部件一体化了
高端化的48V一体电池,用了Liquid Cooling
这个DCDC和BMS一体化的东西,还是有很大的需求的
买辆奔驰来拆这个电池代价不菲啊
   这么一来,其实你也看到了,就48V的Pack而言,如果采用与EV/PHEV模组类似的成组概念的话,基本从单体到模组可以服用,到模组到Pack,可以通过与车辆层级的工艺互通性来提升和改善,我的问题是?
做48V Pack这条路有没有长期价值
做48V Pack车企复用其他电池产线,其他就做单体和零部件?
    当然这毕竟也是这么个庞然大物现在玩得起的,在真正起飞以前,我们还有一点点时间来探讨和实际去做。

电池组装二:DIY:手把手教你制备锂离子电池浆料,组装扣式电池


本文主要对实验室组装扣式电池的流程进行介绍,主要参考北工业王琦师兄的《锂离子模拟电池组装手册》、郑州轻工学院张勇等人的《扣式锂离子电池的制备工艺研究》以及一些网友意见和一些清华研友的工作经验。
首先说明一下,实验室所说的扣式电池一般都是指半电池,即以锂片为“负极”,我们自己做的极片为“正极”。所以,无论是正极还是负极材料,组装扣式电池的流程都是一样的
扣式电池基本介绍
锂离子扣式电池主要由以下几部分组成:正极壳、负极壳、(正/负)极片、隔膜、垫片、弹片、电解液。
常用的扣式电池的电池壳为CR2032、CR2025、CR2016等,C代表扣电体系,R代表电池外形为圆形。前两位数字为直径(单位 mm),后两位数字为厚度(单位 0.1 mm),取两者的接近数字。例如 CR2032 的大略尺寸为直径 20 mm,厚度 3.2 mm。
1.1 电池壳
下图为CR2032扣式电池电池壳,正极壳较大,负极壳为表面有网状结构且较小,所以一般组装过程从负极壳开始。
图1 CR2032扣式电池正极壳(左),负极壳(右)
1.2 极片
极片的制备工艺对电化学性能能否充分发挥有重要影响,我们会在2.1中重点讲解,此处简要介绍。下图为正极材料所制备的极片。
图2 正极片(左)与铝箔(右)
正负极极片的制备流程相同,区别在于正极涂布在铝箔上,负极涂布在在铜箔上,这是为何呢?
首先,两者的导电性都相对较好,质地比较柔软,价格也相对较低。
其次,铝本身比较活泼,在低电位下,铝会出现嵌锂,生成锂铝合金,不宜作为负极的集流体。如果使用铝箔作为负极的集流体,铝会和锂形成合金,然后粉化,严重影响电池的寿命和性能。
最后,铜在高电位下容易氧化,不宜作为正极的集流体,铜表面的氧化层属于半导体,电子导通,氧化层太厚时,阻抗会增加。同时锂不会与同在地点为下形成嵌锂合金。
什么样的极片才是好极片?
应该满足这几方面:(1)浆料涂布均匀,观察不到明显的厚度不均匀,特别薄的地方甚至能观察到亮色的铝箔;(2)极片保持完整圆形未受损坏,周围尽量没有毛刺;(3)极片涂布区域没有颗粒物并且没有明显的掉粉现象。
1.3 隔膜
实验室所用隔膜一般为Celgard2400或者Celgard系列其他产品,冲压成小圆片后使用,直径略大于正负极极片。可以根据电池性能要求不同选择隔膜,关于隔膜的选择和参数,请见后期关于锂电池隔膜的选择以及参数意义的介绍。
隔膜的作用是什么呢?
简单的说,如果没有隔膜,正负极就直接接触,也就是会发生短路,这也就是为什么有的电池中要抑制锂枝晶的产生,就是防止其刺破隔膜,引起局部短路,而造成安全事故。隔膜一般采用聚乙烯等高分子材料,不导电,其结构中有许多微孔,允许锂离子通过,虽然它是绝缘体,但“不允许电子通过的说法并不准确”。
1.4 锂片(即负极片)
负极片直径略小于负极壳直径,CR2032的锂片直径为15.8mm,对应的正极片也是15.8mm。值得注意的是:锂片比较柔软,容易变形,所以在装电池前可以用正极壳(因为它比较大)将变形的锂片压平整。而且金属锂在空气中极易氧化变质,遇水容易爆炸,所以购买回来的金属锂片需要在手套箱中打开,打开时注意,不要损坏手套。
图3 适合CR2032电池使用的金属锂片
1.5 垫片
垫片为圆形的铝片,直径与锂片大小一样,实验中,可以根据需求购买不同规格和厚度等。
注意:垫片、正负极壳等组件,在使用前要用酒精反复超声清洗,然后鼓风干燥箱烘干
图4 垫片
1.6 弹片(支撑片)
弹片主要是起到支撑电池的作用,如果没有弹片,在压电池的步骤中会把电池压的很扁,内部组件可能被压坏。弹片只在负极侧加,但是若正负极都加了弹片,压电池步骤中不能将扣电封闭,导致电解液与空气接触,而实验失败。
图5 弹片(支撑片)
1.7 电解液
不同的材料一般对应不同的电解液,在进行时实验时千万不要图省事将就,小批量的电解液可以找公司索要,一般都会给。个别特殊的电解液,如低温电解液等,可能需要购买,价格还不低。
2 扣式电池的组装
2.1 正极片的制备
极片的制备主要分为两个步骤:(1)浆料的制备;(2)涂布、干燥、压片等步骤。
2.1.1 浆料的制备(以磷酸铁锂为例) 溶剂
正极材料
导电剂
粘结剂
N-甲基吡咯烷酮(NMP)
磷酸铁锂
Super P
聚偏二氟乙烯(PVDF) 浆料由溶剂、正极材料、导电剂和粘结剂组成,我们会在以后的几期中每种类别中包含的不同的材料分别介绍。
实验室一般采用正极材料:导电剂:粘结剂的质量比为80:10:10。当然,这个比例可以自由调节,但调整过程需要大量的试错。但一般来说,正极材料不低于75,导电剂和粘结剂不低于5。有时候为了达到高倍率性能,有报道中导电剂比例有达到40的情况。
若制备的正极材料较少,可以将三种物质按比例混合,用吸管假如逐滴假如NMP,然后小研钵中研磨,这个过程中要注意溶剂NMP的量,若NMP加入的过多,可以在红外红灯下适当烘干。
活性物质较多时,取0.4g活性物质,相应的导电剂和粘结剂的量为0.05g,使用20*20或者20*40规格的称量瓶,先后加入NMP、活性物质、导电剂和粘结剂,加入次序影响最终极片的制备质量。根据《扣式锂离子电池的制备工艺研究》以及一些研友的实验经验,按以下次序添加各物质,效果最好。
NMP和PVDF溶液的配制
首先,配制NMP和PVDF的溶液,这样在每次配制浆料时能节省很多时间,可以配制0.02g/ml、0.025g/ml和0.03g/ml的三种,选择合适自己材料的浓度使用。配制方法很简单,只需要将两种物质在广口瓶中混合就行,通过磁力搅拌,溶液中没有白色物质就行。需要注意的是:配制结束后,广口瓶要通过封口胶密封,因为NMP容易吸水或者变质。
浆料的配置步骤:
第一步:用移液枪量取2ml的0.025g/ml 的NMP/PVDF溶液,放入D15搅拌子进行磁力搅拌;
第二步:称取0.05g导电剂Super P缓慢加入称量瓶中,搅拌20min。加入过程中尽量不要使导电剂碰到上侧瓶壁,更不要因为加入的太快而使导电剂散出称量瓶。
第三步:称取0.4g活性物质,加入称量瓶中。注意事项同上,加入后搅拌4-5小时,搅拌时间不固定,以浆料粘稠状态为准。
另有报道,在磁力搅拌后,进行15min的超声搅拌,性能更好。
何种浆料状态为最好?
一般来说,轻轻晃动称量瓶,混合物既不是粘度很高无法流动,又不是像水一样易动而不挂壁即可。太稠可以加入一滴NMP继续搅拌一会儿,一般一滴就足够了。太稀可以将称量瓶放入鼓风干燥箱烘干一会儿。
也可使用王琦师兄的配料方式,不过这种方式耗时较长。
注意:第二三步的顺序尽量不要颠倒。
2.1.2 极片的涂布
一般使用刮刀和流延涂覆机,进行涂布,正极材料涂布在铝箔上,负极涂布在铜箔上。没有涂覆机的同学可以使用玻璃板和刮刀进行涂布。涂布过程比较简单,但是需要注意以下几点
(1)铝箔需要平整,要尽可能的减少褶皱;(2)涂布前要用酒精和脱脂棉仔细清洁铝箔和涂覆机平台;(3)脱脂棉清洁后要用卫生纸小心清洁一次,一来去掉可能存在的棉絮二来不要划伤铝箔。
2.1.3 极片的干燥和压片
之所以要单列一节,是因为这是个需要严格执行的过程,但是干燥温度可以有变化。另外,极片质量的好坏可以用掉粉程度来衡量,若掉粉容易,电池在循环过程中,活性物质会从铝箔上脱落,溶解在电解液里,隔膜会被染黑。
干燥的目的在于去除浆料中大量的溶剂NMP以及其中的水分,所以要经过鼓风干燥和真空干燥两个步骤。每个步骤的具体温度和时间,不同工作中有不同的报道,但需要注意:
(1)干燥NMP的温度不需要太高,但由于溶剂太多,需要较多的热量,所以干燥时间较长;
(2)由于水的沸点是100℃,所以鼓风干燥的温度需要较高,但由于水分含量较少,干燥时间可以缩短,在鼓风干燥时,可以设置两个温度段,每个温度时间不同,最高温度可以设置为100℃。另外负极的干燥温度应低于正极,有时候出现铜箔氧化的现象;
注意:干燥温度过高和时间过长,会出现严重的掉粉行为,关于鼓风干燥的温度,正极不应超过120℃,负极不超过90℃。
(3)鼓风干燥后,要经过真空干燥,温度一般设定为120℃,时间10小时左右。但不可以不经过鼓风干燥直接进行真空干燥,这样操作会导致NMP充满于真空干燥箱内,而使干燥效果不好。不经过真空干燥也是可以的,但是有条件的最好不要省略这个步骤。
2.1.4 压片
涂布后,干燥出的复合材料涂层比较疏松。若直接使用,被电解液浸润后容易脱落损坏。可采用对辊机或者压片机等进行压片处理,对辊机一般可将正极片涂层压制到15-60μm。压片机可以采用大约80-120kg/cm2压强进行压制。压片后的电极,稳定性、牢固性以及电化学性能都获得了改善,测试表现要好于不压片的样本。压片主要目的有两个:一是为了消除毛刺,使表面光滑、平整,防止装电池时毛刺刺破隔膜引起短路;二是增强极片的强度,减小欧姆阻抗。压力过大会引起极片的卷曲,不利于电池装配,压力过小又起不到压片的作用。
裁剪隔膜、极片以及活性物质含量计算的步骤在此忽略,较为简单,有问题请在材料人微信或者材料牛原网页留言。
2.1 扣式电池的组装
2.1.1 必备物品:
手套箱内:压片机(最好带数显)、镊子2把(至少有一把是塑料镊子)、药匙1把、电解液、锂片、磨口玻璃瓶(配胶头滴管)、注射器、干燥纸巾等清洁用品;
手套箱外:扣式电池壳、集电器、弹簧片(或泡沫镍)、正极片、隔膜片;
注意:电池组装部件在放入手套箱中之前,要进行4小时左右的真空干燥处理,温度不宜太高,可以设置在60-80℃温度。容量较大的手套箱可事先这些存储电池部件,更清洁。原料入进箱舱门后,严格按照操作规程进行排气-进气操作,至少三次。建议在手套箱内专门放一个小型操作台,以防试剂腐蚀手套箱。电解液对于手套和手套箱内壁的腐蚀比较严重,应该尽量避免操作失误。
2.1.2 确定水氧含量
一般的手套箱都有水氧含量的数显检测仪,布莱恩的手套箱水氧含量可以控制在低于0.05PPM,但不同手套箱的标准不尽相同。组装电池的过程,都在已经严格进行了排气-进气操作的手套箱中,严格隔绝任何可能的氧化、潮湿等干扰。若手套箱的水氧含量一直较高,应该检查手套是否破损或者对手套箱进行再生。
2.1.3 组装过程
扣式电池组装次序主要有两种,我们实验室一般习惯从负极壳开始,但也可以从正极壳开始,这个没有对错之分,全看个人习惯。
|负极壳|弹片|垫片丨锂片丨电解液|隔膜|电解液|正极片|垫片丨正极壳|
步骤描述
步骤说明
1
正极壳开口面向上,平放于玻璃板上
无需说明
2
用镊子将垫片和正极片依次置入正极壳,正极片位于正中
用镊子将垫片置入正极壳,有毛刺的一面朝下,然后小心夹取正极片,将涂布层向上,放于正极壳的正中间。这一步骤应该反复练习,确保镊子夹取的力度合适,不会损伤正极片,严防弯折或者扭曲正极片,保持平整的放在正极壳中
3
采用胶头滴管或注射器吸取电解液,浸润正极片表面
用极细的玻璃滴管酌量吸取电解液,此过程以完整均匀的润湿电极片表面为目标。注意在润湿的过程中,滴管/针头和电极片一定不能碰触
4
夹取隔膜,覆盖正极片
用镊子夹取隔膜,由于裁剪的隔膜和电池壳内部直径一致,恰好可以装进电池正极壳中。这一步尤其要小心,不要使隔膜提前接触到电解液,应该将隔膜先对准电池壳边缘,缓缓退出镊子,均匀覆盖下
5
再次使用胶头滴管/注射器吸取电解液,润湿隔膜表面。
由于隔膜是惰性且洁净的物质,这时可以使用滴管前端轻轻碰触隔膜,使之更加平整,均匀,边缘与电池壳接触更为严密。尽量避免隔膜的褶皱
6
夹取锂片放置于隔膜正中
锂片半径为15.8mm,应当恰好放于电池壳中间,这是最难的一步,必须一次成功。因为锂片和电解液、隔膜会产生粘附,如果放不准,调整非常困难。也就意味着此次模拟电池组装的失败(其实也不一定,多滴加一点电解液,就可以进行微调)
7
夹取垫片置于锂片上,严格对齐
这一步的垫片如果略微放偏,可以进行小心的调整
8
夹取弹片置于垫片上,严格对齐
所有步骤都尽量用镊子操作。如不慎放偏,这一步也可以进行微调。此前的步骤中,如果部件的放置位置出现偏差,都可以用双手各拿一把镊子,配合进行轻微的调整,镊子不方便使用时,可使用药匙
9
镊子夹取负极壳覆盖
无需说明 3 一些问题出现的原因
电池组装后,在测试时会出现一些问题,以下是可能遇到的问题以及部分解释
3.1 开路电压低的原因
(1)极片的毛刺穿破隔膜,造成电池短路;
(2)电池装配过程中,正负极偏移,导致短路;
(3)压电池步骤出错,导致电池装配不紧密,电池正负极外壳与正负极片虚接,造成短路。
3.2 电化学阻抗大
(1)导电剂添加量不够;
(2)隔膜的孔隙率小,使得电解液中的锂离子不能能够顺利通过;
(3)电解液分解,其中的锂盐减少。
电池的组装是一个熟能生巧的过程,前一两次装坏几个电池是一件很正常的事,不要灰心。技术性的工作需要的是多练习和观察改进。对于实验室来说,更重要的是传承,像此类简单工作,每年新来的师弟师妹都得重新摸索,是一件非常浪费时间的事,这也是师兄师姐的失职。一个没有传承的实验室,很难有深厚的积累。所以,希望各位硕博特别是即将毕业的同学们能够整理自己的实验笔记,将几年的学术积累留下来,欢迎加入材料人学术干货组(材料人科研干货小组群 563614587),我们专注实验技巧的收集与传承。
4 实验设备与耗材的购买
对于锂电池以及其他新能源电池所需的设备和耗材试剂等,可以找材料人商城购买,我们有充足的实验经验和可靠的货源,对于并有全程参与新能源实验室的搭建的经验,对于其中所需实验设备的购买、安装等具有丰富经验,欢迎照顾我们生意哦!
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QQ:实验室服务:小材 3176391711 材料人客服:大材 3130883937
关于电池的各种电测手段,我们以后会陆续介绍,觉得有用就转出去吧!

电池组装三:自己组装电动车锂电池组(1)-拆原装电池组

购买的拆机电池组,原电池组使用在电动汽车上,4串3并,每块40A,每组12V120A,2017年3月份生产,还算比较新,汽车上用的应该是A品电芯了吧。计划做成2组72V40A。
电动汽车电池组,三元,4串3并,每组12V120A,购买4组
近看电池还是比较新的
2017-03-04出厂
底板由胶粘在电池上,用手直接掰开就行
拆铝合金外壳,用板子撬开四周缝隙,将电池慢慢往外推
拆下后的电池硅胶垫片,据说这东西还挺贵
角磨机切割,切割时间不能太长,避免电池温度过高,还得注意电池正负极不能短路
角磨机使用金属切割片
切割后的电池单体
未完,待续...

电池组装

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