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技术研究报告 ——圆柱形单体400Ah磷酸铁锂/钛酸锂 锂离子电池的制备 天津大学 2013年7月21日 技术研究报告 研究目的和意义 国内外研究进展 主要研究内容 技术性能指标 项目创新点 突破性进展 经济社会效益 应用前景 项目改进与工作设想 外形尺寸和产品照片 研究目的和意义 目前,锂离子动力电池最热门的应用是电动汽车。当前许多世界著名汽车厂商都致力于开发纯电动汽车（EV）或者混合动力汽车（HEV）。这些厂商大多采用10-50Ah的小容量电池，通过串并联组成动力电源。一辆大巴车往往需要数千只这样的电池进行串并联。这使得电池的管理和控制系统变的非常复杂，从而带来了更大的安全隐患。 因此研制大容量、热稳定性好、安全可靠的圆柱形锂离子电池就显得至关重要，不仅使得电池的管理和控制系统变的简单，而且使用起来更为安全、可靠，寿命更长。 国内外研究进展 目前，国内外已见报道研究的圆柱形LiFePO4/C锂离子电池最大容量是100Ah，而且还处于研发阶段，未见有产业化报道。 方形电池产业化报道较多，但是这种电池抗振动、抗冲击、耐压等性能较差，而且循环性能也不好。 我们研制的这种单体电池的容量达到400Ah以上，是目前国内、外锂离子电池市场上已报道研制出的圆柱形最大单体容量的电池，是圆柱形单体锂离子电池世界中的“巨无霸”。 其循环寿命预计可达到8000次以上，是目前国内、外市场上一般锂离子电池寿命的2-4倍。 主要研究内容 电池的整体设计 正负极材料的匹配 电极的制备工艺 电池内部和外部结构的设计 电池各配件的工装 电池的化成和分容 电化学性能和安全性能测试 电池的设计要求 电池外壳： 不锈钢 直径： 134mm 长度： 450mm 重量： 12kg 额定容量： 400Ah 额定工作电压： 1.8V 内阻： 小于1mΩ 循环寿命： 8000次以上 正负极材料的匹配 采用热稳定性良好的磷酸铁锂为正极材料; 采用“零应变”材料钛酸锂为负极材料; 电解液的选择要与正负极材料相匹配,相兼容; 电极的制备工艺——正极 正极的制备 正极材料（磷酸铁锂） 34.0%~35.0% 导电剂1（导电炭黑） 0.8%~1.1% 导电剂2（石墨） 0.9%~1.2% 粘结剂（PVDF） 2.0%~3.0% 溶剂（ NMP ） 62.0%~64.0% 集流体：铝箔 电极的制备工艺——负极 负极的制备 负极材料（钛酸锂） 43.0%~44.0% 导电剂1（导电炭黑） 0.9%~1.2% 导电剂2（石墨） 0.8%~1.1% 粘结剂（PVDF） 3.0%~4.0% 溶剂（ NMP ） 50.0%~52.0% 集流体：铝箔 电极极片的制备工艺 配制浆料前，所有原材料必须真空高温烘烤24h。 涂布过程中，注意调整和监控涂布宽度、厚度、极片面密度、速度和温度等指标。 辊压过程中，注意调整和监控辊压宽度、厚度、极片压实密度、速度和温度等指标。 与传统的碳负极相比，钛酸锂作为负极材料时，由于理论容量要低于碳材料，故极片厚度要增大. 电池内部结构的设计 极片较长(20多米)，极耳较多（约100多个），焊接难度大，所以极片与极柱之间的连接要特殊处理。 圆柱形电池的直径、长度与电解液的用量要经过精心的设计和计算，以保证在大电流工作时极片的散热效果，提高电池的热稳定性 和安全性。 电池正极的容量在设计上要高于负极容量的10--30% 电池的组装 电池的组装主要包括卷绕、装配、焊接和注液四个工序环节。 以上工序环节均要在干燥环境，生产上称作“干房车间”中进行。 一般来说，当露点温度在-36℃以下时，才认为具备生产条件，允许开工。 电池的组装——卷绕工序 将充分烘烤好的正、负极极片、隔膜平行对齐，放置于全自动卷绕机上，在极片边缘光箔位置焊接铝极耳，并用高温胶纸将极耳根部粘贴牢固。 在卷绕过程中，应保证卷芯收卷平整无起皱、边缘整齐无跑偏、极片无断裂。同时密切观察极耳焊接和极耳保护胶纸粘贴情况。 电池的组装——装配工序 将卷绕好的电池卷芯和电池各零件，按如下连接方式进行装配。 在装配过程中，要注意极耳与集流体之间不可存在断裂和活性物质脱落现象，各零部件、密封件连接紧密，接触良好。 电池的组装——焊接工序 焊接前，应保证电池盖