专利名称：一种水性正极锂离子电池生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池生产领域，具体的说是涉及一种水性正极锂离子电池生产工艺。
背景技术：
现有的锂离子电池生产工艺，主要是以NMP为溶剂的油性体系，此种体系电池的生产中使用大量的NMP (N-甲基吡咯烷酮)，NMP为石油合成的化学物质，具有微量的毒性， 大量排放会引起大气污染；即使回收也只能达到70%-80%的回收量，而且回收时需采购专业的回收设备，设备耗电量极高；而且NMP价格极高，2010年最低价为2. 2万元/吨，随着石油价格的升高，NMP价格也一路上涨，石油紧张时NMP更会出现缺货现象；再加上采用油性体系时需使用粘接剂PVDF，目前国内用于锂电池上的PVDF有80%以上是进口的，2010年 PVDF的最低价格为330元/Kg，而且经常出现货源紧张的状况。PVDF与NMP的成本占到整个锂电池成本的10%-15%左右。另一方面NMP的沸点高达300°C，涂布时要想将NMP所配的浆料烘干则需要较高的温度，一般18米烘箱的涂布机，其温度设置在65°C -120°C之间，涂布时的能源消耗较高，在全国普遍限电的情况下，严重影响企业的生产运行时间。另外国内目前有几家生产水性正极锂离子电池，其主要工艺中的配料为保密配方，但有几种配料方案的粘接剂为(1) SBR+CMC, (2)成都茵地乐LA系列水性粘接剂，(3) PTFE (聚四氟乙烯)。此外，如公开号为CN1011M730A的中国发明，提供了一种锂离子电池正极材料，采用水性粘合剂烯醇基聚合物作为粘合剂；公开号为CN10126(^82A的中国发明专利，提供的锂离子电池用水性粘合剂是以聚乙烯醇或其缩醛衍生物为主体聚合物。但是， 现有的水性正极锂离子电池的生产工艺与油性体系是一致的，油性体系生产工艺如图1所示，并没有专门针对水性正极锂离子电池的生产工艺。目前，油性体系的锂离子电池因为工艺完善，电池性能相对稳定，而大量应用，但是缺点是生产成本过高，经常受制于原材料，制程控制中对水份的控制也需要从前控到后， 而许多企业受制于能源定额消耗限制；水性体系的锂离子电池虽有几家生产，但是生产工艺仍然采用油性体系生产工艺，虽然制备的产品可以使用，但是存在主要三个问题1、涂布只能使用0. 02mm以上厚度的铝箔，产品若使用0. 016mm厚的铝箔则因表面张力过大而涂布困难合格率低，因而生产的小型电池因铝箔占用空间过大而造成比能量较油性不高；2、产品在除水这一块上除的不彻底，电池化成后存在气胀问题，所以产品性能较油性体系差了很多，造成产品性能的一致性控制较难，而且只能应用于壳体较厚较硬的大型电池上；3、浆料使用后桶壁上的废料没有妥善处理造成浪费且污染环境。由上可以看出油性体系的锂离子电池在成本上迫切需要降低，只有降低成本才能占有更大的市场；但降低成本的同时又不能降低产品性能。虽然水性体系锂离子电池成本具有优势，一定程度上可以解决问题，但是还缺少专门保证产品性能和性能一致性的生产工艺。
发明内容
针对上述现有锂离子电池生产工艺存在的问题，基于降低成本而同时不降低性能的原则，本发明的目的在于提供一种水性正极锂离子电池生产工艺，使生产工艺流程更合理，来满足水性正极锂电池生产控制要求，降低锂电的生产成本并保障产品性能，使得到的产品更适应市场，更具有竞争优势，更绿色环保，更低碳，更符合锂电的发展方向。本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的 一种水性正极锂离子电池生产工艺，包括下述工序
(1)正负极配料
正极配料为按重量计磷酸铁锂100份、超级导电炭黑3-4份、导电石墨2-3份、水性粘接剂3. 5-4份、NMP2. 5-3份和去离子水80-85份备料，首先将水性粘接剂、NMP与去离子水混合，然后加入其它原料，搅拌得到正极浆料；
负极配料为按重量计石墨100份、CMC (羧甲基纤维素纳)1-2份、SBR胶乳(羧基丁苯胶乳)2-3份和去离子水 140-143份备料，首先将CMC与2_3重量倍石墨混料，然后与去离子水配成溶胶，再加入剩余的石墨，最后加入SBR胶乳得到负极浆料
(2)正负极涂布设备为间隙涂布机，机头处车间温度不超过^TC；涂布过程中控制烘烤温度使得到的极片含水率控制在0. 05%以内；
(3)制片；
(4)烘烤烘烤温度85°C-90°C，真空度-0.09 -0. 095MPa，氮气氛围中烘烤至极片含水率小于0. 01% ；
(5)制电芯卷绕工序控制湿度在40%RH以下，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟；
(6)测短路；
(7)烘烤卷绕完的电芯立即转往烘烤工序，烘烤时电芯与电芯间的顶端与尾端相隔数毫米，烘烤温度90-95°C，真空度-0. 09 -0. 095MPa,氮气氛围中烘烤至极片含水率小于 0. 001% ；
(8)放下垫片入壳；
(9)点底用焊针进行点底，固定住负极耳；
(10)放上垫片折正极耳；
(11)滚槽；
(12)测短路；
(13)烘烤烘烤温度85°C-90°C，真空度-0. 09 -0. 095MPa，氮气氛围中烘烤至极片含水率小于0. 001% ；
(14)注液前测短路；
(15)注液注液房露点低于_45°C；
(16)擦正极耳；
(17)正极耳与盖板焊接；
(18)折盖板合盖；
(19)墩封；
(20)清洗；(21)搁置；
(22)化成；
(23)搁置；
(24)分容。发明人通过多次研究试验发现，选用适宜的水性正极配方，改进现有油性锂离子电池生产工艺，生产制备的水性正极锂离子电池，可以在降低生产成本的同时，得到产品性能与油性锂离子电池相媲美的水性正极锂离子电池。涂布过程中产生的蒸气经回收系统进行循环水冷却后，直接作为溶剂重新使用； 涂布过程中产生的漏料、上料桶中残留的尾料、桶壁上粘的尾料、上料管道中的尾料在进行清理时，直接称重好去离子水，进行清理，清理后的溶液经200目筛网过滤后直接投入下一批次的物料中，节省每一点原材料和每一分成本，同时相对于油性体系各器械的清理更环保。充分做到各回收物料进行充分的循环利用，更低碳更节能。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(1)正极配料中水性粘接剂采用成都茵地乐LA132粘接剂，此粘接剂不需进行分散，较SBR+CMC体系效率更高，直接加上去离子水即可使用，用量较省，价格比PTFE较低。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序( 正负极涂布中设定涂布走速为6-7m/S，正极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75-85°C，第二段烘箱80-90°C，第三段烘箱85-95°C，第四段烘箱90-1000C，第五段烘箱95-105°C，第六段烘箱90-100°C，第七段烘箱85_95°C，第八段烘箱85-95°C，第九段烘箱85-95°C ；正极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75-85°C，第二段烘箱80-90°C，第三段烘箱85-95°C，第四段烘箱90_10(TC，第五段烘箱 95-105°C，第六段烘箱90-10(TC，第七段烘箱85-95°C，第八段烘箱80-90°C，第九段烘箱 75-85 °C。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序C3)制片中极片在制片车间完成极片极耳的点焊，以便进行小片烘烤后直接进行卷绕。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(6)测短路中电芯出烤箱测量，温度>60°C。发明人经过长期的生产实践发现，当电芯温度超过60°C时，微短路的电池便会更容易挑出，产品的安全性更能保证。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(10)放上垫片折正极耳中放入上垫片并将正极耳折成Z形，以利于上垫片的固定及后序注液。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(14)注液前测短路中电芯出烤箱测量，电芯温度>60°C。电芯温度>60°C时，微短路的电池便会更容易挑出，产品的安全性更能保证。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(17)正极耳与盖板焊接中极耳焊接位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将极耳擦干净，并用激光焊或超声焊机将极耳焊到盖板上。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(19)墩封中墩封机位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将盖板的极耳折好， 并合好盖，进行墩封操作。作为优选方案，根据本发明所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其中，所述的工序(4)、(7)或(13)烘烤中每隔数小时换一次氮气。更优选的是每隔1.5-2个小时换
一次氮气。本发明与现有技术相比，具有以下优点
(1)配料、涂布车间不需要控制湿度，原材料不需要烘烤；(2)采用0.016mm厚的薄铝箔涂布，涂布走速快，温度更低，更节能且极片表面不龟裂；(3)传统的NMP回收系统，仍然使用，回收后的溶液直接做为溶剂循环使用，降低了制备水性正极锂离子电池的成本；；(4) 生产过程中NMP量极少，对大气污染相对同行业其他公司少90%以上；(5)电芯制完后即进行裸芯烘烤，水份的挥发横面积增大，水份更易除去；(6)同样型号电池，内阻更低；(7)电池原材料成本低；8)配料涂布过程中及桶壁等产生的尾料废料，直接用去离子水清洗完，过滤后直接投入下一批次浆料中，浆料无浪费，且避免了清洗造成的污染。
图1是行业内钢壳圆柱锂离子电池油性工艺流程图。图2是本发明的钢壳圆柱锂离子电池水性工艺流程图。图3是本发明水性工艺电池较现有油性工艺电池的循环性能图谱。
具体实施例方式下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。 下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。主要设备
双行星动力混合机，规格200L，广州红运机械厂； 间隙涂布机，型号XTB8-322E，深圳市信宇人科技有限公司； 实验检测设备，型号BTS0305C8，宁波拜特测控技术有限公司。实施例1
兹以磷酸铁锂钢壳圆柱18650电池举例，并配合图2工艺流程图进行详细说明。(一).
1.正极材料及其重量配比 磷酸铁锂100份； 超级导电碳黑(super-p) :3份； 导电石墨(ks-15) :2份；
水性粘接剂LA132，成都茵地乐电源科技有限公司，3. 5份； NMP 2. 5 份； 去离子水80份。
2.负极材料及其重量配比 人造石墨100份；
CMC (羧甲基纤维素纳)1份； SBR胶乳(SBR 丁苯胶乳50%) 2份 去离子水140份。(二).水性正极锂离子电池生产过程如下(见图2) 1正负极配料设备为广州红运200L双行星动力混合机。正极配料1)先将LA132、NMP与去离子水混合，开启公转30Hz搅拌2分钟左右， 使溶胶混合均勻；2)加入其他原材料，开启自转35Hz，公转30Hz搅拌5小时，过程中刮料2 次；3)开启真空，抽真空至-0. 09Mpa，开启自转30Hz，公转25Hz搅拌1小时，配制成正极浆料。利用NMP沸点高的原理，保证涂布第一面时水分烘干后NMP仍然残留，这样涂布后，极片较软，箔材不会起卷不易断带，达到了作为涂布时的表面张力控制剂的作用。负极配料1)先将CMC与3倍的石墨粉混合均勻；2)将去离子水加入搅拌桶中， 开启自转30Hz搅拌，慢慢将混好的CMC与石墨粉加入，加完后再开启公转20Hz搅拌，共搅拌10分钟左右，使CMC溶胶混合均勻；3)加入剩余的石墨，开启自转35Hz，公转30Hz搅拌 3小时，过程中刮料2次；4)将SBR胶乳加入浆料中，开启真空，抽真空至-0. 09Mpa，开启自转25Hz，公转20Hz搅拌半个小时，配制成负极浆料。2正负极涂布设备为深圳信宇人XTB8-322E间隙涂布机，
正极涂布保证机头处车间温度不超过^rc,确保正极浆料中的水份不大量挥发，以保证涂布时无颗粒无划痕；设定涂布走速6m/s，正极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75°C，第二段烘80°C，第三段烘箱85°C，第四段烘箱90°C，第五段烘箱 950C，第六段烘箱90°C，第七段烘箱85°C，第八段烘箱85°C，第九段烘箱85°C ；正极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75°C，第二段烘箱80°C，第三段烘箱85°C，第四段烘箱90°C，第五段烘箱95°C，第六段烘箱90°C，第七段烘箱85°C，第八段烘箱80°C，第九段烘箱75°C，保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
负极涂布保证机头处车间温度不超过^rc,确保负极浆料中的水份不大量挥发，以保证涂布时无颗粒无划痕；设定涂布走速7m/s，负极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱 850C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75°C，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C ；负极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱85°C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75°C，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
涂布配料过程中桶壁及搅拌浆上粘有的料，直接经去离子水清洗过滤除去杂质后，做为原料直接投入下一批次的浆料中；
涂布过程中浆料中的水份及NMP会以蒸气形式挥发出来，此蒸气中含有少量的极粉， 将此蒸气加以回收，除去其中的粉尘，得到的溶液完全达到电池使用的标准，可以直接作为溶剂进行使用。涂布车间进行了防尘处理，地面做了防起尘环氧地坪漆处理，以降低粉尘， 同时对烘箱段进行封闭，减少人员流动，减少粉尘；涂布机在定制时即进行单独设计，涂布机进气口只设一个，所有空气均从此进气口进入，同时在进气口加装粉尘过滤装置，以此来控制大气中的粉尘；出气口加装涂布尾气回收装置，并利用循环水对水蒸气进冷凝，冷凝后的溶液先经活性炭过滤器后再经过2级微过滤系统除去其中的粉尘，所得溶液即可以进行正常的循环使用。3制片制片车间不控制湿度，温度控制以员工舒适即可，以减少过程控制除水造成的能源消耗，正负极片在制片车间完成极片极耳的点焊；
4烘烤正负极片在本工序完全烘干，烘烤温度85°C，真空度-0. 09MPa,每2个小时换一次氮气，烘烤10小时，确保烘干后的极片含水率小于0. 01%即可；
5制电芯卷绕工序控制湿度40%RH以下，温度控制以员工舒适即可，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟；
6测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000M Ω ；电芯出烤箱测量，温度>60度； 7烘烤卷绕完的电芯立即转往烘烤工序，烘烤时每个电芯平倒放置，电芯数量根据物料盒及烤箱的空间而定，保证烘烤时电芯与电芯间的顶端与尾端相隔IOmm即可，烘烤温度 90°C，真空度-0. 09MPa烘烤时间M小时，每1. 5小时置换氮气一次，确保极片含水率小于 0. 001% ；
8放下垫片入壳放入下垫片并入壳；
9点底用焊针进行点底，固定住负极耳；
10放上垫片折正极耳放入上垫片并将正极耳折成Z形；
11滚槽滚槽以固定电芯；
12测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000M Ω ；
13烘烤烤箱采用双开门式，一端放于干燥房内，干燥房内露点低于_35°C烘烤时每个电芯竖直放置，电芯数量根据物料盒及烤箱的空间而定，烘烤温度85°C，真空度-0. 09MPa 烘烤时间12小时，每1. 5小时置换氮气一次，确保极片含水率小于0. 001% ；
14注液前测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000ΜΩ，电芯出烤箱测量，电芯温度 >60 0C ；
15注液注液房露点低于_45°C，电解液采用TC-E^9#，广州天赐高新材料股份有限公司生产；
16擦正极耳将正极耳伸直并用干净的抹布将极耳上的电解液擦干净； 17正极耳与盖板焊接极耳焊接位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将极耳擦干净，并用激光焊或超声焊机将极耳焊到盖板上；
18折盖板合盖将已经焊完极耳的盖板扣到壳口处，使之与壳子紧密接触； 19墩封墩封机位于干燥房内，干燥房内露点低于-45°C，将盖板的极耳折好，并合好盖，进行墩封操作；
20清洗将壳体及盖板清洗干净； 21搁置保证电解液充分浸透极片； 22化成电池进行预充电； 23搁置保证电池性能； M分容电池进行容量、内阻的挑选。本实施例得到的水性电池进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2，电池循环性能测试结果见图3。
库仑效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电MOmin， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^OmA,恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。电池循环测试方法以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为 第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电 MOmin，恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^OmA,恒流放电至2V ；第六步，搁置IOmin ；第七步，循环第一步至第六步；第八步，结束。从图3中可以看出，水性工艺电池较油性工艺电池的循环基本一致。生产工艺过程中的能耗见表3。实施例2
兹以磷酸铁锂钢壳圆柱18650电池举例，并配合图2工艺流程图进行详细说明。(一).
1.正极材料及其重量配比
磷酸铁锂100份；
超级导电碳黑(super-p) :4份；
导电石墨(ks-15) :3份；
水性粘接剂成都茵地乐粘接剂LA132，4份；
NMP 3 份；
去离子水85份。2.负极材料及其重量配比 人造石墨100份；
CMC (羧甲基纤维素纳)2份； SBR胶乳(SBR 丁苯胶乳50%) 3份 去离子水143份。(二).水性正极锂离子电池生产过程如下(见图2) 1正负极配料设备为广州红运200L双行星动力混合机。正极配料1)先将LA132、NMP与去离子水混合，开启公转30Hz搅拌2分钟左右，使溶胶混合均勻；2)加入其他原材料，开启自转35Hz，公转30Hz搅拌5小时，过程中刮料2次；3)开启真空，抽真空至-0. 09Mpa,开启自转30Hz，公转25Hz搅拌1小时，配制成正极浆料。利用NMP沸点高的原理，保证涂布第一面时水分烘干后NMP仍然残留，这样涂布后，极片较软，箔材不会起卷不易断带，达到了作为涂布时的表面张力控制剂的作用。负极配料1)先将CMC与2倍的石墨粉混合均勻；2)将去离子水加入搅拌桶中， 开启自转30Hz搅拌，慢慢将混好的CMC与石墨粉加入，加完后再开启公转20Hz搅拌，共搅拌10分钟左右，使CMC溶胶混合均勻；3)加入剩余的石墨，开启自转35Hz，公转30Hz搅拌 3小时，过程中刮料2次；4)将SBR胶乳加入浆料中，开启真空，抽真空至-0. 09Mpa，开启自转25Hz，公转20Hz搅拌半个小时，配制成负极浆料。2正负极涂布设备为深圳信宇人XTB8-322E间隙涂布机
10正极涂布保证机头处车间温度不超过^rc,确保正极浆料中的水份不大量挥发，以保证涂布时无颗粒无划痕；设定涂布走速7m/s，正极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱85°C，第二段烘箱90°C，第三段烘箱95°C，第四段烘箱100°C，第五段烘箱 105°C，第六段烘箱100°C，第七段烘箱95°C，第八段烘箱95°C，第九段烘箱95°C ；正极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱85°C，第二段烘箱90°C，第三段烘箱95°C， 第四段烘箱100°C，第五段烘箱105°C，第六段烘箱10(TC，第七段烘箱95°C，第八段烘箱 90°C，第九段烘箱85°C，保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
负极涂布保证机头处车间温度不超过^rc,确保负极浆料中的水份不大量挥发，以保证涂布时无颗粒无划痕；设定涂布走速7m/s，负极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱 850C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75°C，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C ；负极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱85°C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75°C，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
涂布配料过程中桶壁及搅拌浆上粘有的料，直接经去离子水清洗过滤除去杂质后，做为原料直接投入下一批次的浆料中；
涂布过程中浆料中的水份及NMP会以蒸气形式挥发出来，此蒸气中含有少量的极粉， 将此蒸气加以回收，除去其中的粉尘，得到的溶液完全达到电池使用的标准，可以直接作为溶剂进行使用。涂布车间进行了防尘处理，地面做了防起尘环氧地坪漆处理，以降低粉尘， 同时对烘箱段进行封闭，减少人员流动，减少粉尘；涂布机在定制时即进行单独设计，涂布机进气口只设一个，所有空气均从此进气口进入，同时在进气口加装粉尘过滤装置，以此来控制大气中的粉尘；出气口加装涂布尾气回收装置，并利用循环水对水蒸气进冷凝，冷凝后的溶液先经活性炭过滤器后再经过2级微过滤系统除去其中的粉尘，所得溶液即可以进行正常的循环使用。 3制片制片车间不控制湿度，温度控制以员工舒适即可，以减少过程控制除水造成的能源消耗，极片在制片车间完成极片极耳的点焊；
4烘烤正负极片在本工序完全烘干，烘烤温度90°C，真空度-0. 095MPa，每2个小时换一次氮气，烘烤10小时，确保烘干后的正负极片含水率小于0. 01%即可；
5制电芯卷绕工序控制湿度40%RH以下，温度控制以员工舒适即可，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟；
6测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000ΜΩ ；电芯出烤箱测量，温度>60°C ； 7烘烤卷绕完的电芯立即转往烘烤工序，烘烤时每个电芯平倒放置，电芯数量根据物料盒及烤箱的空间而定，保证烘烤时电芯与电芯间的顶端与尾端相隔IOmm即可，烘烤温度 95°C，真空度-0. 095ΜΙ^烘烤时间36小时，每1. 5小时置换氮气一次，确保极片含水率小于 0. 001% ；
8放下垫片入壳放入下垫片并入壳； 9点底用焊针进行点底，固定住负极耳； 10放上垫片折正极耳放入上垫片并将正极耳折成Z形； 11滚槽滚槽以固定电芯；12测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000M Ω ；
13烘烤烤箱采用双开门式，一端放于干燥房内，干燥房内露点低于_35°C烘烤时每个电芯竖直放置，电芯数量根据物料盒及烤箱的空间而定，烘烤温度90°C，真空度-0. 095MPa 烘烤时间M小时，每1. 5小时置换氮气一次，确保极片含水率小于0. 001% ；
14注液前测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000ΜΩ，电芯出烤箱测量，电芯温度 >60 0C ；
15注液注液房露点低于_45°C，电解液采用TC-E^9#，广州天赐高新材料股份有限公司生产；
16擦正极耳将极耳伸直并用干净的抹布将极耳上的电解液擦干净。17正极耳与盖板焊接极耳焊接位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将极耳擦干净，并用激光焊或超声焊机将极耳焊到盖板上；
18折盖板合盖将已经焊完极耳的盖板扣到壳口处，使之与壳子紧密接触。19墩封墩封机位于干燥房内，干燥房内露点低于-45°C，将盖板的极耳折好，并合好盖，进行墩封操作；
20清洗将壳体及盖板清洗干净； 21搁置保证电解液充分浸透极片； 22化成电池进行预充电； 23搁置保证电池性能； M分容电池进行容量、内阻的挑选。本实施例得到的水性电池进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2，电池循环性能测试结果见图3。库仑效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650-1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电MOmin， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^OmA,恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。电池循环测试方法以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为 第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电 MOmin，恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^OmA,恒流放电至2V ；第六步，搁置IOmin ；第七步，循环第一步至第六步；第八步，结束。从图3中可以看出，水性工艺电池较油性工艺电池的循环基本一致。生产工艺过程中的能耗见表3。比较例1 油性体系工艺
兹以磷酸铁锂钢壳圆柱18650电池油性工艺举例，配合工艺流程图1进行详解。(一).
1.正极材料及其重量配比 磷酸铁锂100份； 超级导电碳黑(super-p) :3份； 导电石墨(ks-15) :2份；PVDF (HSV-900) :6 份； NMP 140 份。2.负极材料及其重量配比 人造石墨100份；
CMC (羧甲基纤维素纳)1份； SBR胶乳(SBR 丁苯胶乳50%) 2份 去离子水140份。(二).油性正极锂离子电池生产过程如下(见图1)
1正极烤料将PVDF，超级导电碳黑，导电石墨一同放入干燥烘箱，开启120°C，烘烤10 小时。2正负极配料设备为广州红运200L双行星动力混合机，保证车间湿度在40%RH 以下。正极配料1)先将NMP加入搅拌桶中，开启自转30Hz搅拌，从加料口均勻加入 PVDF粉末，然后开启公转30Hz，搅拌2小时，查看溶胶是否混合均勻；2)加入其他原材料， 开启自转35Hz，公转30Hz，搅拌5小时，过程中刮料2次；3)开启真空，抽真空至-0. 09Mpa, 开启自转30Hz，公转25Hz，搅拌1小时，配制成正极浆料。负极配料1)先将CMC与3倍的石墨粉混合均勻；2)将去离子水加入搅拌桶中， 开启自转30Hz搅拌，慢慢将混好的CMC与石墨粉加入，加完后再开启公转20Hz搅拌，共搅拌10分钟左右，使CMC溶胶混合均勻；3)加入剩余的石墨，开启自转35Hz，公转30Hz搅拌 3小时，过程中刮料2次；4)将SBR加入至浆料中，开启真空，抽真空至-0. 09Mpa，开启自转 25Hz，公转20Hz搅拌半小时，配制成负极浆料。3正负极涂布设备为深圳信宇人XTB8-322E间隙涂布机
正极涂布保证机头处车间温度不超过^°C，湿度在40%RH以下，确保浆料不吸水，以保证涂布时无颗粒无划痕无龟裂；设定涂布走速4m/s，正极第一面涂布过程控制烘箱温度设定为第一段烘箱85°C，第二段烘箱90°C，第三段烘箱95°C，第四段烘箱100°C，第五段烘箱105°C，第六段烘箱100°C，第七段烘箱95°C，第八段烘箱90°C，第九段烘箱85°C ；正极第二面涂布过程中，控制烘箱温度设定为第一段烘箱95°C，第二段烘箱100°C，第三段烘箱 105°C，第四段烘箱110°C，第五段烘箱115°C，第六段烘箱100°C，第七段烘箱95°C，第八段烘箱90°C，第九段烘箱85°C，保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
负极涂布保证机头处车间温度不超过^rc,确保负极浆料中的水份不大量挥发，以保证涂布时无颗粒无划痕；设定涂布走速7m/s，负极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱 850C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75V，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C ；负极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱65°C，第二段烘70°C，第三段烘箱75°C，第四段烘箱80°C，第五段烘箱85°C，第六段烘箱80°C，第七段烘箱75°C，第八段烘箱70°C，第九段烘箱65°C保证极片出烘箱后全干，且极片含水率控制在0. 05%以内；
4极卷烘烤正负极大卷极片在本工序进行烘烤，烘烤温度90°C，真空度-0. 09MPa，每2 个小时换一次氮气，烘烤M小时，确保烘干后的极片含水率小于0. 05%即可；
5制片制片车间控制湿度在40%RH以下，温度控制以员工舒适即可，以减少过程控制
13除水造成的能源消耗，极片在制片车间完成极片极耳的点焊；
6制电芯卷绕工序控制湿度40%RH以下，温度控制以员工舒适即可，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟； 8放下垫片入壳放入下垫片并入壳； 9点底用焊针进行点底，固定住负极耳； 10放上垫片折正极耳放入上垫片并将正极耳折成Z形； 11滚槽滚槽以固定电芯； 12测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000M Ω ；
13烘烤烤箱采用双开门式，一端放于干燥房内，干燥房内露点低于_35°C烘烤时每个电芯竖直放置，电芯数量根据物料盒及烤箱的空间而定，烘烤温度85°C，真空度-0. 09MPa 烘烤时间M小时，每1. 5小时置换氮气一次，确保极片含水率小于0. 001% ；
14注液前测短路电阻仪设定电压20V，阻值2000ΜΩ，电芯出烤箱测量，电芯温度 >60 0C ；
15注液注液房露点低于_45°C，电解液采用，广州天赐高新材料股份有限公司生产；
16擦正极耳将正极耳伸直并用干净的抹布将极耳上的电解液擦干净。17正极耳与盖板焊接极耳焊接位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将极耳擦干净，并用激光焊或超声焊机将极耳焊到盖板上；
18折盖板合盖将已经焊完极耳的盖板扣到壳口处，使之与壳子紧密接触。19墩封墩封机位于干燥房内，干燥房内露点低于-45°C，将盖板的极耳折好，并合好盖，进行墩封操作；
20清洗将壳体及盖板清洗干净； 21搁置保证电解液充分浸透极片； 22化成电池进行预充电； 23搁置保证电池性能； M分容电池进行容量、内阻的挑选。本比较例得到的油性电池进行电学性能测试，库仑效率测试结果见表2，电池循环性能测试结果见图3。库伦效率测试以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电MOmin， 恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^)mA，恒流放电至2V ；第六步，搁置 IOmin ；第七步，260mA恒流充电至3. 8V。库仑效率计算方法以第五步放电容量除以前四步总充电容量即为库仑效率。电池循环测试方法以圆柱磷酸铁锂IFR18650_1300mAh电池为例，测试方法为 第一步65mA，恒流充电60min ；第二步130mA，恒流充电120min ；第三步^OmA,恒流充电 MOmin，恒压3. 8V截止电流13mA ；第四步搁置IOmin ；第五步^OmA,恒流放电至2V ；第六步，搁置IOmin ；第七步，循环第一步至第六步；第八步，结束。油性体系锂电池生产过程中的能耗见表3。表1实施例1和比较例正极配料成本对比
权利要求
1.一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的水性正极锂离子电池生产工艺包括下述工序(1)正负极配料正极配料为按重量计磷酸铁锂100份、超级导电炭黑3-4份、导电石墨2-3份、水性粘接剂3. 5-4份、NMP2. 5-3份和去离子水80-85份备料，首先将水性粘接剂、NMP与去离子水混合，然后加入其它原料，搅拌得到正极浆料，负极配料为按重量计石墨100份、CMC 1-2份、SBR胶乳2_3份和去离子水140-143 份备料，首先将CMC与2-3重量倍石墨混料，然后与去离子水配成溶胶，再加入剩余的石墨， 最后加入SBR胶乳得到负极浆料，(2)正负极涂布设备为间隙涂布机，机头处车间温度不超过^TC；涂布过程中控制烘烤温度使得到的极片含水率控制在0. 05%以内；(3)制片；(4)烘烤烘烤温度85°C-90°C，真空度-0. 09 -0. 095MPa，氮气氛围中烘烤至极片含水率小于0. 01% ；(5)制电芯卷绕工序控制湿度在40%RH以下，卷绕时控制流转数量，确保每个极片从烘烤工序出来到卷成电芯总时间不超过15分钟；(6)测短路(7)烘烤卷绕完的电芯立即转往烘烤工序，烘烤时电芯与电芯间的顶端与尾端相隔数毫米，烘烤温度90-95°C，真空度-0. 09 -0. 095MPa,氮气氛围中烘烤至极片含水率小于 0. 001% ；(8)放下垫片入壳；(9)点底用焊针进行点底，固定住负极耳；(10)放上垫片折正极耳；(11)滚槽；(12)测短路；(13)烘烤烘烤温度85°C-90°C，真空度-0. 09 -0. 095MPa，氮气氛围中烘烤至极片含水率小于0. 001% ；(14)注液前测短路；(15)注液注液房露点低于_45°C；(16)擦正极耳；(17)正极耳与盖板焊接；(18)折盖板合盖；(19)墩封；(20)清洗；(21)搁置；(22)化成；(23)搁置；(24)分容。
2.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(1)正极配料中水性粘接剂采用LA132粘接剂。
3.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序( 正负极涂布中设定涂布走速为6-7m/s，正极第一面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75-85°C，第二段烘箱80-90°C，第三段烘箱85_95°C，第四段烘箱90_100°C， 第五段烘箱95-105°C，第六段烘箱90-100°C，第七段烘箱85_95°C，第八段烘箱85_95°C，第九段烘箱85-95°C ；正极第二面涂布过程中控制烘箱温度设定为第一段烘箱75-85°C，第二段烘箱80-90°C，第三段烘箱85-95°C，第四段烘箱90-100°C，第五段烘箱95_105°C，第六段烘箱90-100°C，第七段烘箱85-95°C，第八段烘箱80_9(TC，第九段烘箱75_85°C。
4.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(3)制片中极片在制片车间完成极片极耳的点焊。
5.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(6)测短路中电芯出烤箱测量，温度>60°C。
6.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(10)放上垫片折正极耳中放入上垫片并将正极耳折成Z形。
7.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(14)注液前测短路中电芯出烤箱测量，电芯温度>60°C。
8.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(17)正极耳与盖板焊接中极耳焊接位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将极耳擦干净，并用激光焊或超声焊机将极耳焊到盖板上。
9.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(19)墩封中墩封机位于干燥房内，干燥房内露点低于_45°C，将盖板的极耳折好，并合好盖，进行墩封操作。
10.根据权利要求1所述的一种水性正极锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述的工序(4)、(7)或(13)烘烤中每隔数小时换一次氮气。
全文摘要
本发明属于锂离子电池生产领域，具体的说是涉及一种水性正极锂离子电池生产工艺，包括如下工序正负极配料、正负极涂布、制片、烘烤、制电芯、测短路、烘烤、放下垫片入壳、点底、放上垫片折正极耳、滚槽、测短路。注液、擦正极耳、正极耳与盖板焊接、折盖板合盖、敦封、清洗、搁置、化成、搁置和分容，其中，正极配料为按重量计磷酸铁锂100份、超级导电炭黑3-4份、导电石墨2-3份、水性粘接剂3.5-4份、NMP2.5-3份和去离子水80-85份备料，首先将水性粘接剂、NMP与去离子水混合，然后加入其它原料，搅拌得到正极浆料。与现有锂离子电池油性工艺相比，本发明具有能源消耗低、生产效率高、产品成本优等特点。
文档编号H01M4/139GK102185157SQ20111006850
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者官彬, 胡振宁, 胡泽军 申请人:宁波海锂子新能源有限公司