新能源作为二十一世纪最重要的产业之一,受到全世界的广泛关注。由于石油与煤炭等不可再生能源即将耗尽(约可用50年~100年),并且这些剩余能源的消耗将给我们的生存环境带来巨大的污染危害,人们普遍关注可利用能源的持久性与清洁性。电能是目前已知的、唯一可以长期维系人类生存的清洁能源。未来人类生活的出行将更加频繁,高度城市化的交通运输更加发达,对各种运输车辆的依赖性也将大大增加,环保节能车即纯电动车是人们出行的首选。与此同时,可充电电池作为电能的载体必将倍受关注;锂离子动力电池是电动汽车的重要部件,其市场与电动汽车具有同样的前景。据专家分析,21世纪中国将成为电池及电池材料的王国,从资源和环境双重角度考虑,电动汽车必将得到快速发展,尤其是磷酸铁锂动力电池工业已成为全球经济发展的一个热点;磷酸亚铁锂型动力电池具有绿色环保、安全性好、寿命长,体积小,重量轻,成本低、单体电压高,方便成组等特点和优势。适用于产业化生产,并最终替代燃油作为电动汽车牵引力动力的电源。电动车发展的市场前景好坏及能否被广大人民接受取决于电池的循环寿命、安全性、电池的一致性及电池的能量密度等指标,发展循环寿命高、安全性好及较高能量密度的电池是电池从业人员一直努力实现的目标。本研究以改进锂离子电池集流体提高锂离子电池循环寿命及建设简洁、高效的锂离子电池生产线为主要内容,通过铝箔导电氧化处理对氧化层的原子力显微镜AFM、XRD、SEM等检测及CR2016扣电及20Ah电池软包装全电池测试,电池整体的性能有很大的提高。通过对铜箔镶碳层SEM、XRD及CR2016扣电EIS、CV、充放电容量及1Ah软包装电池温度、循环、倍率等测试,镶碳处理后制成的电池性能得到很大提高。在生产线建设中,根据简单、高效并结合人、机、料、法、环和测要求,设计和建设成中聚年产6000万安时电池生产线。主要研究内容如下:一、锂离子电池内部结构要求正极集流体必须具有良好的导电性、材质比较软(便于活性物质的涂覆和后续加工)、成本廉价和较好的机械性能;同时在高电位时不发生或尽可能少的发生物理化学反应。铜箔在高电位时易发生氧化还原反应生成绝缘氧化膜,导致电池绝缘内阻增大,阻止电池进行充放电行为;铝箔在高电位时相对稳定,其表面生成的表面氧化层较薄,可通过隧道效应实现电子电导,避免因氧化层较厚引起的导电性极差甚至绝缘。因此,铝箔表面的质量好坏将直接影响电池的内阻及电池的充放电性能。通过对锂离子电池正极集流体导电氧化处理研究,较好的提高正极集流体的导电性,导电处理后的正极集流体表面形成凸凹不平的表面结构增加了集流体与活性物质之间的结合力,增强两者之间的导电性,降低电池在大倍率充放电条件下的极化内阻;正极集流体导电氧化处理后,其耐蚀性有较大提高,能够提高锂离子电池的使用寿命和循环圈数。实验结果表明锂离子电池正极集流体经过导电氧化处理后能够提高锂离子电池的循环寿命、降低电池的欧姆内阻和极化内阻,同时经过试验验证不会对锂离子电池充放电带来其他副反应。二、通过自制镶碳装置利用铜箔与碳棒之间形成高电压差在铜箔表面形成一个微小的凹坑。碳棒电极在进给机构的驱动下不断下降,其轮廓形状便被“复印”到铜箔上,从而提高铜箔的导电性和与负极活性物质之间形成良好的结合力,达到提高其导电性和降低电池在充放电过程中极化的目的;用RAMAN、XRD、EIS、CV等方法研究了铜箔镶碳后对锂离子电池的影响,并且通过对充放电容量、电池的倍率性能、循环性能及不同温度下的放电容量对比,结果表明,铜箔镶碳制成的电池性能较光箔有很大的提高。本章节重点分析电解铜箔主要特性与质量对锂离子电池负极制作工艺和容量、内阻、循环寿命等电池性能方面的影响。三、锂离子电池各方面性能提高不仅依赖于对原材料性能品质的改进,生产工艺的改进革新也成为整个产业的关键。锂离子电池属高新技术产业链,生产制造的控制点较多且相对复杂,制造过程的投入占整个产业的80%以上,智能化生产及核心工艺技术改进创新对电池最终性能的发挥起着至关重要的作用,国内外众多企业及科研机构投巨资致力于电池工艺的研究。本文作者通过实践摸索,完成年产6000万安时的锂离子动力电池生产线设计、设备参数制定、招标、安装、调试、试生产、过程检验标准制定等研究工作。四、研究电动车失效电池的测试方法及梯次利用电池均衡技术。结果表明,电动车淘汰电池中有一半以上的电池容量保持在初始容量的80%以上,这些电池经过重新成组后可用于环境温度为10℃~40℃、倍率性能低于0.2C的用电设施中,通过对电池均衡技术研究表明,电池实现动力电池的梯次利用。通过梯级利用方式,来延长电池使用寿命,降低电池成本,有效增加整个电池使用寿命,对于推动电动汽车行业的健康发展具有重要意义。