CN105280957B - 一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺。主要由极片制作单元、电池组装单元、电池注液单元和出厂处理单元组成，各单元关键设备电气控制系统均由PLC、工控机、液压及气动元件构成，PLC控制设备各机构协调动作，工控机采集数据，实现整线数据可储存及读取等功能。主要效果体现在：通过对生产参数的重点调试实现了各单元生产效率的相互匹配，中间环节采用传送带，最终实现了生产过程的全自动化；生产线兼容多规格电池生产要求，产品换型只需调整设备参数及更换部分工装夹具即可实现生产，满足产品的订单式生产要求；线上涉及的关键设备和技术工艺均为自主研发，运行可靠稳定，具有较高的性价比。

Description

一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺

技术领域

本发明涉及锂电池生产装置和生产工艺的技术领域，具体是指一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺。

背景技术

随着能源的紧缺和世界环保方面的压力，大容量动力蓄电池逐渐形成动力电源的主体，其中作为绿色蓄电池的锂电池，因不会造成二次污染且不具有记忆效应等，逐渐成为动力电源市场应用的首选。动力型锂电池具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长、具备高功率承受力、自放电率很低、重量轻、绿色环保、无记忆效应等优点，主要应用于混合动力车、电动汽车、电动自行车、以及未来太阳能LED路灯储能设备等方面。环境适应性好、高比能、高安全性和轻量化动力型锂电池正在成为目前国内外研究热点和未来发展方向。

目前在国内，大部分锂电池生产厂家依托购买单一生产设备,组成锂电池生产线进行锂电池生产，但仍以半自动化设备、单机自动化设备为主，良品率大约只有80%～85%，其产品致密性、使用寿命、生产效率和自动化程度等性能指标，与国外产品相比还有很大差距。此外，在我国动力型锂电池制造过程的安全性、一致性、质量控制、规模化制造工艺等方面，还存在着一系列关键工艺技术问题亟待解决。因此，突破制约动力型锂电池批量化、规模化制造的关键共性技术，研发具有我国自主知识产权的动力型锂电池关键制造装备及自动化生产线，对发展我国新能源、电动汽车以及高端装备制造等战略性新兴产业具有重要的战略意义。

从工业控制应用和实际生产的角度出发，研制高度自动化、功能齐全、操作简单安全、性价比高、运行更加可靠的动力型锂电池全自动生产线已成为当前所需。通过采用新的设计思路及最新的工艺要求，实现动力型锂电池的全自动化生产，快速提升我国锂电池的产品档次，大幅降低控制系统成本，提高产品竞争力，提高经济效益，满足国内市场对锂电池设备的需求，为我国获得更大的市场、在电池行业未来发展中占据主动打下良好基础，具有较高的研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有动力型锂电池生产线及生产工艺存在的问题，通过自主研发改进生产线关键设备和关键工艺，优化单元设备的配置进而完善整个生产流水线产能匹配和整体配置，提出了一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺。该生产线及其生产工艺提高了设备的自动化控制水平、生产运行的可靠性、安全性以及整个生产过程的质量精度，进而提高了最终产品的质量优率，降低了生产成本，具有自动化程度高、成本低、生产参数可调控和安全可靠等优点。同时提供一种锂电池负极材料，降低经过多次放电后其放电容量的损失。

本发明的技术方案包括：一种动力型锂电池全自动生产线由极片制作单元、电池组装单元、电池注液单元和出厂处理单元组成，各单元具有相应的自动化控制系统。极片制作单元主要由搅拌机、涂布机、滚压机、连续烘干机、分条机和五金落料模冲切机组成；电池组装单元主要由全自动叠片机、极耳焊接循环线、铝塑膜自动冲壳机和封装线组成；电池注液单元主要由全自动注液机、隧道炉、热冷压机、化成系统和五合一成型机组成；出厂处理单元主要由OCV测试机、OCV分组机和成组系统组成；各单元自动化控制系统主要采用PLC、工控机、液压和气动元件进行电气控制；传送转运由各单元内部和单元间的传送带负责。通过自主研发改进生产线关键设备和关键工艺，优化单元设备的配置进而完善整个生产流水线产能匹配和整体配置，实现了动力型锂电池的全自动生产。

更具体地：

本发明的第一个方面：

一种动力型锂电池全自动生产线，包括有依次布置的极片制作单元、电池组装单元、电池注液单元和出厂处理单元；各个单元具有相应的自动化控制系统；

所述的极片制作单元包括有依次布置的搅拌机、涂布机、滚压机、连续烘干机、分条机和冲切机；

所述的电池组装单元包括有依次布置的叠片机、极耳焊接循环线、铝塑膜自动冲壳机和封装线10组成；

所述的电池注液单元包括有依次布置的注液机、隧道炉、热冷压机、化成系统和成型机。

所述的出厂处理单元包括有OCV测试机、 OCV分组机和成组系统。

各个单元之间以及单元内部之间通过传送带实现传送转运。

所述各个单元自动化控制系统主要采用PLC、工控机、液压和气动元件进行电气控制；所述冲切机（6）为五金落料模冲切机；所述叠片机（7）为全自动叠片机，所述注液机（11）为全自动注液机；所述成型机（15）为抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合一的五合一成型机。

本发明的第二个方面：

基于上述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，包括如下步骤：

第1步，极片制作：分别将正、负极材料涂布于基体材料上，制作成正极片和负极片，再依次经过滚压、烘烤、分条、冲切处理后，得到电池极片；

第2步，电池组装：将电池极片进行叠片处理，再依次通过焊接极耳、极耳贴胶、短路检测、铝塑膜冲壳、封膜封边、侧边裁剪以及入电池盒处理，得到半成品单体锂电池；；

第3步，电池注液：对第2步制备得到的锂电池半成品中加注电解液，再依次经过烘烤、热压、冷压、化成处理后，进行电池成型处理，得到成品的单体锂电池；

第4步，对第3步制备得到的电池进行测试、单体电池进行串并联、集成保护电路、整体装壳，得到所述的动力型锂电池。

所述的第1步，烧烤的温度是80℃。

所述的第1步，电池成型处理中包括有抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个步骤。

进一步具体的工艺为包括以下步骤：

步骤（1）极片制作

①生产开始时将正负极材料按配比分别放入搅拌机的搅拌罐中，启动电源，进行配料搅拌处理；

②将正、负基体材料分别放入涂布机内，涂布机均匀地将搅拌均匀配料涂布到基体材料两侧，形成半成品电芯膜片；所述正极基体材料为铝膜，所述负极基体材料为铜膜；

③滚压机通过机械滚压对半成品电芯膜片进行滚压处理，使电芯膜片表层涂布的配料均匀结实的附着在膜片上；

④调节烘干机传送带的运行速度和进风量，半成品的电芯膜片置于传送带上，在80℃的箱内温度下连续烘烤，边传送边烘烤；

⑤利用分条机对烘烤完成的电芯膜片进行分条处理，分条宽度按不同生产要求进行调整；

⑥正负极各多台五金落料模冲切机对分条后的电芯膜片进行极片成型冲切加工，要求极片毛刺控制在0.015mm以内，定位精度控制在±5μm以内；

步骤（2）电池组装

①生产线多台全自动叠片机根据不同生产要求进行正负极片的叠片处理；

②叠片后的电芯送入极耳焊接循环线进行正负极耳裁切、正负极耳预焊接、正负极耳焊接、焊接位双面贴黄胶、短路检测工序，均实现流水线作业；

③极耳焊接循环线工作的同时，铝塑膜自动冲壳机对锂电池电芯包装膜的连续自动冲压成形，将铝塑膜冲压剪裁形成单个电池铝塑膜；

④将焊接完成的电芯和电池铝塑膜送入封装线进行流水线加工（封装工序依次包括铝塑膜入夹具、电芯入铝塑膜、铝塑膜合盖、预顶封、顶侧封边、四角预压整形、夹具出电池、侧边裁切、喷电子码入电池盒和收集下线工序），形成半成品单体锂电池；

步骤（3）电池注液

①全自动注液机对半成品单体锂电池进行加注电解液，采用自动化控制，精确控制注液量，使注液误差控制在±0.01g，独立工控数据库随机读取各ID号对应电池的注液信息量，下料端自行分离出不良注液产品，生产夹具自动回收利用；

②单体锂电池注液后放入静置隧道炉，静置在线烘烤24小时以上，使电解液有效渗透，采用PID温度控制方式保证锂电池烘烤时温度控制精度为±5℃，当烘烤结束时，自动将烘烤完的锂电池装入托盘内；

③烘烤后的单体锂电池送入热冷压机进行热压和冷压，以保证电解液与极片的充分吸收和电芯厚度的均匀，其中，热压和冷压温度可调节，压力采用气液增压缸，压力大小可调；

④热冷压处理后的单体锂电池通过化成系统进行化成处理；

⑤利用五合一成型机对化成后的锂电池抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合并到一起进行顺序加工，最终得到成品的单体锂电池；

步骤（4）出厂处理

①利用OCV测试机对成品的单体锂电池进行电压和内阻测试，并对每块锂电池的数据参数进行记录和根据设计参数进行不良品的分选；

②利用OCV分组机对单体锂电池进行性能分组，分组标准依照锂电池的电压、电阻、容量以及电压降进行分组，以便用作不同的用途；

③最后将单体锂电池送入成组系统，按照最终成品电池组产品参数对单体电池进行串并联、集成保护电路、整体装壳成组处理，得到所述的动力型锂电池。

根据本发明的第三个方面：

一种改性负极材料的制备方法，包括如下步骤：将按照重量份计的改性钛酸锂80～100份、乙炔黑10～20份和PVDF 10～20份混合均匀，再加入10～20份有机溶剂，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，包括如下步骤：

第1步、按重量份计，取氢氧化锂15～20份、偏钛酸8～15份、松油醇3～6份，加入170～350份的去离子水，加热至50～60℃，保持3～5小时，得到悬浮液；

第2步、在悬浮液中加入油酸10～20重量份、氢化蓖麻油2～4份、5～12份的石墨烯、二氧化钛2～4份、过氧化二苯甲酰2～4份、硅烷偶联剂5～20份、表面活性剂5～10重量份，搅拌均匀，加热至50～60℃，保持1～2小时，得到改性悬浮液；

第3步、将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1100～1200℃下烧结5～8小时，冷却至室温即可。

所述的第1步中，油酸是经过硫化改性的。

所述的有机溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、酰胺类溶剂、酯类溶剂或内酯类溶剂；所述的酰胺类溶剂选自二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；所述的酯类溶剂选自磷酸三甲酯或磷酸三乙酯等；所述的内酯类溶剂选自γ-丁内酯。

所述表面活性剂可以选择为脂肪酸甘油酯。

所述硅烷偶联剂可以选择为KH-550。

有益效果

本发明的技术效果主要体现在：

（1）生产线相关设备电气控制均由PLC、工控机、液压及气动元件构成，PLC控制设备各机构协调动作，工控机采集数据，实现整线数据可储存及读取等功能，通过对生产参数的重点调试实现了各单元生产效率的相互匹配，中间环节采用传送带，实现了生产过程的全自动化；

（2）生产线兼容多规格电池生产要求，产品换型只需调整设备参数及更换部分工装夹具即可实现生产，满足产品的订单式生产要求；

（3）线上涉及的关键设备和技术工艺均为自主研发，拥有自主知识产权，科技含量高，具有较高的性价比，现分述如下：①五金落料模冲切机采用自主研发高精度五金落料模具产切一次成型，极片采用气涨轴装夹放卷，并带有自动纠偏和放卷张力控制功能，在XY轴方向上的运动定位采用高精度CCD辅助定位，运用图像处理技术，使定位精度控制在±5μm以内，极片毛刺控制在0.015mm以内，并且使得模具裁切寿命达300万次；②全自动叠片机由传统的卷绕贴胶改为定位平台，隔膜具有自动放料及纠偏功能，精度≤0.1mm，叠片后极片采用隔膜包扎自动贴胶功能，旋转贴胶（8道），有效改进贴胶工艺，使电芯不再松散，彻底解决一次取多片极片的普遍不足现象，叠片完成后由机械手取料与其它设备完成连线对接，减少物料搬运周期； ③极耳焊接循环线集多道锂电池加工工艺于一体，科学有效地优化动作、组合工序，既节约了设备占地面积，又提高了产品质量及生产效率，工装夹具实现无人化自动循环利用，将超声波焊接机直接应用到设备中，实现真正意义上的自动化生产，可实现产能8-12ppm/min的高效率，有效焊接面积可达5*22mm，焊接时间仅需0.1S；④铝塑膜自动冲壳机利用气液增压的原理实现冲压成形所需的出力，使较小的气源压力转换成较大液压出力，从而驱动模具成形铝膜，利用私服电机驱动丝杆走位拉料至切刀位，形成单个电池铝膜，冲壳深度最高可达12mm；⑤封装线系多工艺生产线设备组合而成，工序内容包括铝塑膜入夹具、电芯入铝塑膜、铝塑膜合盖、预顶封、电池入顶封机、顶侧封边、四角预压整形、夹具出电池、侧边裁切、喷电子码入电池盒和收集下线等工序，是软包装锂电池封装工艺的完美集合；⑥全自动注液机采用最新的负压自吸式自动注液方式，良好的内部干燥气体循环及设备周身良好的密封性能，既起到环保功能又节约干燥气体制造成本，合理的进出风口布置对电解液污染造成的车间环境改善得到很大提高，独立电脑操控平台采用自动化控制，精确控制注液量，使注液误差控制在±0.01g，独立工控数据库可随机读取各ID号对应电池的注液信息量，下料端可自行分离出不良注液产品，有效杜绝不良品流向下道工序，生产夹具可自动回收利用；⑦五合一成型机将化成后的锂电池抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合并到一起进行顺序加工，自动化程度高，生产效率得到大幅提升；⑧OCV测试机和OCV分组机采用进口高分辨率测试仪器与特制探头，机器故障率小于1%，产品优率大于99.5%，能进行软包锂电池化成后的电压和内阻测试、数据记录和根据设定进行不良品的分选以及以电压、电阻、容量、电压降为条件进行分组，分辨精度高，可将同档位参数范围的电池放于同一储料盒内，设备自动测试、自动条码读取、数据保存，机械手自动分组，每组参数可根据需要设定，满足不同的分选要求，远程数据库和桌面数据库的配合使用，让测试结果的查询更方便。

（4）、本发明制得得到的钛酸锂在做为负极材料时，其放电容量明显优于同类产品，而且经过多次放电后，其放电容量损失较小，大大提高了锂电池的性能。

附图说明

图1是动力型锂电池全自动生产线示意图；

图2是动力型锂电池全自动生产线生产工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

首先结合附图1对动力型锂电池全自动生产线进行说明：

该生产线由极片制作单元、电池组装单元、电池注液单元和出厂处理单元组成。各单元自动化控制系统主要采用PLC、工控机、液压和气动元件进行电气控制，传送转运由各单元内部和单元间的传送带负责。

极片制作单元

极片制作单元是由2台搅拌机1、2台涂布机2、1台滚压机3、1台连续烘干机4、2台分条机5和8台冲切机6组成，依次在极片制作单元进行配料搅拌、涂布、滚压、烘烤、分条和冲切极片等工序加工，完成后通过传送带转送至电池组装单元。

操作步骤是：

①生产开始时将正负极材料（如磷酸铁锂、锰酸锂、活性炭、粘结剂等）按一定配比分别放入2台搅拌机的搅拌罐中，启动电源，进行配料搅拌处理；

②将基体材料（正极基体材料为铝膜，负极基体材料为铜膜）分别放入2台涂布机内，涂布机按照一定厚度均匀地将搅拌均匀配料涂布到基体材料两侧，形成半成品电芯膜片；

③滚压机按照一定的工艺参数通过机械滚压对半成品电芯膜片进行滚压处理，使电芯膜片表层涂布的配料均匀结实的附着在膜片上；

④按照一定的工艺参数调节烘干机传送带的运行速度和进风量，半成品的电芯膜片置于传送带上，在80℃的箱内温度下连续烘烤，边传送边烘烤；

⑤利用分条机对烘烤完成的电芯膜片进行分条处理，分条宽度按不同订单生产要求进行调整；

⑥正负极各4台五金落料模冲切机对分条后的电芯膜片进行极片成型冲切加工，要求极片毛刺控制在0.015mm以内，定位精度控制在±5μm以内。

其中，极片制作制作中优化各设备产能，实现生产效率的最大化，同时按照一定的工艺参数调节烘干机传送带的运行速度和进风量，半成品的电芯膜片置于传送带上，在80℃的箱内温度下连续烘烤，边传送边烘烤，提高生产效率，同时满足电芯膜片的规定湿度；冲切机6采用的是五金落料模冲切机，五金落料模冲切机采用自主研发高精度五金落料模具产切一次成型，极片采用气涨轴装夹放卷，并带有自动纠偏和放卷张力控制功能，在XY轴方向上的运动定位采用高精度CCD辅助定位，运用图像处理技术，使定位精度控制在±5μm以内，极片毛刺控制在0.015mm以内，并且使得模具裁切寿命达300万次。

电池组装单元

电池组装单元主要由8台叠片机7、1条极耳焊接循环线8、1台铝塑膜自动冲壳机9和1条封装线10组成，依次进行叠片、焊接极耳、极耳贴胶、短路检测、铝塑膜冲壳、封膜封边和侧边裁剪等加工处理，处理后由传送带转移至电池注液单元。

操作步骤：

①生产线8台全自动叠片机根据不同生产要求进行正负极片的叠片处理；

②叠片后的电芯送入极耳焊接循环线进行正负极耳裁切、正负极耳预焊接、正负极耳焊接、焊接位双面贴黄胶、短路检测等工序，流水线作业；

③极耳焊接循环线工作的同时，铝塑膜自动冲壳机对锂电池电芯包装膜的连续自动冲压成形，将铝塑膜冲压剪裁形成单个电池铝塑膜；

④将焊接完成的电芯和电池铝塑膜送入封装线进行铝塑膜入夹具、电芯入铝塑膜、铝塑膜合盖、预顶封、顶侧封边、四角预压整形、夹具出电池、侧边裁切、喷电子码入电池盒和收集下线等工序流水线加工，形成半成品单体锂电池。

其中，全自动叠片机由传统的卷绕贴胶改为定位平台，隔膜具有自动放料及纠偏功能，精度≤0.1mm，叠片后极片采用隔膜包扎自动贴胶功能，旋转贴胶（8道），有效改进贴胶工艺，使电芯不再松散，彻底解决一次取多片极片的普遍不足现象，叠片完成后由机械手取料与其它设备完成连线对接，减少物料搬运周期；叠片后电芯的正负极耳裁切、正负极耳预焊接、正负极耳焊接、焊接位双面贴黄胶、短路检测等工序在极耳焊接循环线顺序进行，流水线作业，极耳焊接循环线集多道锂电池加工工艺于一体，科学有效地优化动作、组合工序，既节约了设备占地面积，又提高了产品质量及生产效率，工装夹具实现无人化自动循环利用，将超声波焊接机直接应用到设备中，实现真正意义上的自动化生产，可实现产能8-12ppm/min的高效率，有效焊接面积可达5*22mm，焊接时间仅需0.1S；焊接完成的电芯和电池铝塑膜在封装线内进行铝塑膜入夹具、电芯入铝塑膜、铝塑膜合盖、预顶封、顶侧封边、四角预压整形、夹具出电池、侧边裁切、喷电子码入电池盒和收集下线等工序流水线自动加工，其中，铝塑膜自动冲壳机利用气液增压的原理实现冲压成形所需的出力，使较小的气源压力转换成较大液压出力，从而驱动模具成形铝膜，利用伺服电机驱动丝杆走位拉料至切刀位，形成单个电池铝膜，冲壳深度最高可达12mm；。

电池注液单元

电池注液单元主要由1台注液机11、1台隧道炉12、1台热冷压机13、1套化成系统14和1台成型机15组成。该单元对半成品单体电池内进行注液、烘烤、热冷压、化成、成型操作（抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序），该单元获得成品的单体锂电池，并转送至出厂处理单元。

操作步骤：

①全自动注液机对半成品单体锂电池进行加注电解液，采用自动化控制，精确控制注液量，使注液误差控制在±0.01g，独立工控数据库随机读取各ID号对应电池的注液信息量，下料端自行分离出不良注液产品，生产夹具自动回收利用；

②单体锂电池注液后放入静置隧道炉，静置在线烘烤24小时以上，使电解液有效渗透，以提高电池的容电性能，采用PID温度控制方式保证锂电池烘烤时温度控制精度为±5℃，当烘烤结束时，自动将烘烤完的锂电池装入托盘内；

③烘烤后的单体锂电池送入热冷压机进行热压和冷压，以保证电解液与极片的充分吸收和电芯厚度的均匀，其中，热压和冷压温度可调节，压力采用气液增压缸，压力大小可调；

④热冷压处理后的单体锂电池通过化成系统进行化成处理；

⑤利用五合一成型机对化成后的锂电池抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合并到一起进行顺序加工，最终得到成品的单体锂电池。

其中，全自动注液机采用最新的负压自吸式自动注液方式，良好的内部干燥气体循环及设备周身良好的密封性能，既起到环保功能又节约干燥气体制造成本，合理的进出风口布置对电解液污染造成的车间环境改善得到很大提高，独立电脑操控平台采用自动化控制，精确控制注液量，使注液误差控制在±0.01g，独立工控数据库可随机读取各ID号对应电池的注液信息量，下料端可自行分离出不良注液产品，有效杜绝不良品流向下道工序，生产夹具可自动回收利用；五合一成型机将化成后的锂电池抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合并到一起进行顺序加工，自动化程度高，生产效率得到大幅提升。

出厂处理的单元

出厂处理单元主要由1台OCV测试机16、1台OCV分组机17和1套成组系统18组成，对成品的单体锂电池进行质量检测，合格后按照订单要求对单体电池进行串并联、集成保护电路、整体装壳等成组处理。

①利用OCV测试机对成品的单体锂电池进行电压和内阻测试，并对每块锂电池的数据参数进行记录和根据设计参数进行不良品的分选；

②利用OCV分组机对单体锂电池进行性能分组，分组标准依照锂电池的电压、电阻、容量以及电压降进行分组，以便用作不同的用途；

③最后将单体锂电池送入成组系统，按照最终成品电池组产品参数对单体电池进行串并联、集成保护电路、整体装壳等成组处理，得到动力型锂电池。

OCV测试机和OCV分组机采用进口高分辨率测试仪器与特制探头，机器故障率小于1%，产品优率大于99.5%，能进行软包锂电池化成后的电压和内阻测试、数据记录和根据设定进行不良品的分选以及以电压、电阻、容量、电压降为条件进行分组，分辨精度高，可将同档位参数范围的电池放于同一储料盒内，设备自动测试、自动条码读取、数据保存，机械手自动分组，每组参数可根据需要设定，满足不同的分选要求，远程数据库和桌面数据库的配合使用，让测试结果的查询更方便。

本发明实施重点要解决的是目前在动力型锂电池生产行业内采用的生产线中自动化程度低、使用寿命短、产品优率不高、生产运行不稳定和生产效率低的问题，通过自主研发改进生产线关键设备和关键工艺，优化单元设备的配置进而完善整个生产流水线产能匹配和整体配置，提出了一种动力型锂电池全自动生产线及其生产工艺，该生产线及其生产工艺提高了设备的自动化控制水平、生产运行的可靠性、安全性以及整个生产过程的质量精度，进而提高了最终产品的质量优率，其中的设备和控制系统在本发明的提示下，可以进行优化选择和搭配，这里不再一一详述。

实施例2

实施例1中负极材料采用改性负极材料，其制备方法步骤：将改性钛酸锂90Kg、乙炔黑15Kg和PVDF15Kg混合均匀，再加入20Kg有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，步骤如下：取氢氧化锂18Kg、偏钛酸12Kg、松油醇4Kg，加入300Kg的去离子水，加热至55℃，保持4小时，得到悬浮液；在悬浮液中加入油酸17Kg、氢化蓖麻油3Kg、10Kg的石墨烯、二氧化钛3Kg、过氧化二苯甲酰3Kg、硅烷偶联剂15Kg、表面活性剂8 Kg，搅拌均匀，加热至55℃，保持2小时，得到改性悬浮液；将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1150℃下烧结7小时，冷却至室温即可。

实施例3

本实施例中油酸是经过硫化改性的，改性方法是：在装有搅拌装置的三口瓶中，加入50g油酸，在不断搅拌下，逐滴加入 15 g一氯化硫(S₂Cl₂)，控制反应温度在40℃以下，滴加完毕后，继续反应2小时，往反应物中慢慢加入约100 ml的多硫化钠溶液，搅拌反应充分后，分去水层，再加入少许还原铁粉，除去反应体系中的游离硫，过滤，得到油状物，即可。

改性负极材料的制备方法，步骤：将改性钛酸锂90Kg、乙炔黑15Kg和PVDF15Kg混合均匀，再加入20Kg有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，步骤如下：取氢氧化锂18Kg、偏钛酸12Kg、松油醇4Kg，加入300Kg的去离子水，加热至55℃，保持4小时，得到悬浮液；在悬浮液中加入油酸17Kg、氢化蓖麻油3Kg、10Kg的石墨烯、二氧化钛3Kg、过氧化二苯甲酰3Kg、硅烷偶联剂15Kg、表面活性剂8 Kg，搅拌均匀，加热至55℃，保持2小时，得到改性悬浮液；将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1150℃下烧结7小时，冷却至室温即可。

对照例1

与实施例2的区别在于：改性钛酸锂的制备方法中未加入松油醇。

改性负极材料的制备方法，步骤：将改性钛酸锂90Kg、乙炔黑15Kg和PVDF15Kg混合均匀，再加入20Kg有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，步骤如下：取氢氧化锂18Kg、偏钛酸12Kg，加入300Kg的去离子水，加热至55℃，保持4小时，得到悬浮液；在悬浮液中加入油酸17 Kg、氢化蓖麻油3Kg、10Kg的石墨烯、二氧化钛3Kg、过氧化二苯甲酰3Kg、硅烷偶联剂15Kg、表面活性剂8 Kg，搅拌均匀，加热至55℃，保持2小时，得到改性悬浮液；将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1150℃下烧结7小时，冷却至室温即可。

对照例2

与实施例2的区别在于：改性钛酸锂的制备方法中未加入硅烷偶联剂。

改性负极材料的制备方法，步骤：将改性钛酸锂90Kg、乙炔黑15Kg和PVDF15Kg混合均匀，再加入20Kg有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，步骤如下：取氢氧化锂18Kg、偏钛酸12Kg、松油醇4Kg，加入300Kg的去离子水，加热至55℃，保持4小时，得到悬浮液；在悬浮液中加入油酸17Kg、氢化蓖麻油3Kg、10Kg的石墨烯、二氧化钛3Kg、过氧化二苯甲酰3Kg、表面活性剂8 Kg，搅拌均匀，加热至55℃，保持2小时，得到改性悬浮液；将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1150℃下烧结7小时，冷却至室温即可。

电池极片材料的性能表征

将制得的负极材料，混合成糊状，在铜箔上涂成厚度为100μm的均匀膜，通过实施例1中的方法压片后制成负极片。以商品化的LiCo0极片为正极，电解液由电解质LiPF6和碳酸乙烯酯/1，2-二甲基碳酸酯按照体积比1：1的混合溶液组成，以聚丙烯微孔膜为隔膜，装配成电池进行试验，在2.8～3.4V，在室温下以20mA/g的恒定电流进行充放电，进行充放电性能测试，结果如下表所示。

从表中可以看出，本发明制得得到的钛酸锂在做为负极材料时，其放电容量明显优于同类产品，而且经过多次放电后，其放电容量损失不大。实施例3中通过对油酸进行了硫化改性，可以有效地使钛酸锂在与其它的石墨烯、氧化钛材料进行混合时，更好地形成空隙结构，有利于提高烧结过程中制备得到的阴极材料的空隙率，提高放电容量；对照例1中由于未加入松油醇，导致了放电容量偏小；对照例2中由于未加入硅烷偶联剂，导致了阴极材料的电容量保持性能不好，在多次运行后，电容量发生了较实施例2和实施例3较为明显的下降。

Claims (6)

1.一种动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述生产线包括有依次布置的极片制作单元、电池组装单元、电池注液单元和出厂处理单元，各个单元具有相应的自动化控制系统；所述的极片制作单元包括有依次布置的搅拌机（1）、涂布机（2）、滚压机（3）、连续烘干机（4）、分条机（5）和冲切机（6）；所述的电池组装单元包括有依次布置的叠片机（7）、极耳焊接循环线（8）、铝塑膜自动冲壳机（9）和封装线（10）组成；所述的电池注液单元包括有依次布置的注液机（11）、隧道炉（12）、热冷压机（13）、化成系统（14）和成型机（15）；

所述生产线的生产工艺包括如下步骤

步骤（1）极片制作

①生产开始时将正负极材料按配比分别放入搅拌机的搅拌罐中，启动电源，进行配料搅拌处理；

②将正、负基体材料分别放入涂布机内，涂布机均匀地将搅拌均匀配料涂布到基体材料两侧，形成半成品电芯膜片；所述正极基体材料为铝膜，所述负极基体材料为铜膜；

③滚压机通过机械滚压对半成品电芯膜片进行滚压处理，使电芯膜片表层涂布的配料均匀结实的附着在膜片上；

④调节烘干机传送带的运行速度和进风量，半成品的电芯膜片置于传送带上，在80℃的箱内温度下连续烘烤，边传送边烘烤；

⑤利用分条机对烘烤完成的电芯膜片进行分条处理，分条宽度按不同生产要求进行调整；

⑥正负极各多台五金落料模冲切机对分条后的电芯膜片进行极片成型冲切加工，要求极片毛刺控制在0.015mm以内，定位精度控制在±5μm以内；

步骤（2）电池组装

①生产线多台全自动叠片机根据不同生产要求进行正负极片的叠片处理；

②叠片后的电芯送入极耳焊接循环线进行正负极耳裁切、正负极耳预焊接、正负极耳焊接、焊接位双面贴黄胶、短路检测工序，均实现流水线作业；

③极耳焊接循环线工作的同时，铝塑膜自动冲壳机对锂电池电芯包装膜的连续自动冲压成形，将铝塑膜冲压剪裁形成单个电池铝塑膜；

④将焊接完成的电芯和电池铝塑膜送入封装线进行铝塑膜入夹具、电芯入铝塑膜、铝塑膜合盖、预顶封、顶侧封边、四角预压整形、夹具出电池、侧边裁切、喷电子码入电池盒和收集下线工序流水线加工，形成半成品单体锂电池；

步骤（3）电池注液

①全自动注液机对半成品单体锂电池进行加注电解液，采用自动化控制，精确控制注液量，使注液误差控制在±0.01g，独立工控数据库随机读取各ID号对应电池的注液信息量，下料端自行分离出不良注液产品，生产夹具自动回收利用；

②单体锂电池注液后放入隧道炉，静置在线烘烤24小时以上，使电解液有效渗透，采用PID温度控制方式保证锂电池烘烤时温度控制精度为±5℃，当烘烤结束时，自动将烘烤完的锂电池装入托盘内；

③烘烤后的单体锂电池送入热冷压机进行热压和冷压，以保证电解液与极片的充分吸收和电芯厚度的均匀，其中，热压和冷压温度可调节，压力采用气液增压缸，压力大小可调；

④热冷压处理后的单体锂电池通过化成系统进行化成处理；

⑤利用五合一成型机对化成后的锂电池抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合并到一起进行顺序加工，最终得到成品的单体锂电池；

步骤（4）出厂处理

①利用OCV测试机对成品的单体锂电池进行电压和内阻测试，并对每块锂电池的数据参数进行记录和根据设计参数进行不良品的分选；

②利用OCV分组机对单体锂电池进行性能分组，分组标准依照锂电池的电压、电阻、容量以及电压降进行分组，以便用作不同的用途；

③最后将单体锂电池送入成组系统，按照最终成品电池组产品参数对单体电池进行串并联、集成保护电路、整体装壳成组处理，得到所述的动力型锂电池。

2.根据权利要求1所述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述各个单元自动化控制系统主要采用PLC、工控机、液压和气动元件进行电气控制；所述冲切机（6）为五金落料模冲切机；所述叠片机（7）为全自动叠片机，所述注液机（11）为全自动注液机；所述成型机（15）为抽真空、封口、气袋裁切、折边和烫边五个工序合一的五合一成型机；各个单元之间以及单元内部之间通过传送带实现传送转运。

3.根据权利要求1所述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述的出厂处理单元包括有OCV测试机（16）、 OCV分组机（17）和成组系统（18）。

4.根据权利要求1所述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述的负极材料的制备方法，包括如下步骤：将按照重量份计的改性钛酸锂80～100份、乙炔黑10～20份和PVDF 10～20份混合均匀，再加入10～20份有机溶剂，混合均匀后，即得；

所述的改性钛酸锂的制备方法，包括如下步骤：

第1步、按重量份计，取氢氧化锂15～20份、偏钛酸8～15份、松油醇3～6份，加入170～350份的去离子水，加热至50～60℃，保持3～5小时，得到悬浮液；

第2步、在悬浮液中加入油酸10～20重量份、氢化蓖麻油2～4份、5～12份的石墨烯、二氧化钛2～4份、过氧化二苯甲酰2～4份、硅烷偶联剂5～20份、表面活性剂5～10重量份，搅拌均匀，加热至50～60℃，保持1～2小时，得到改性悬浮液；

第3步、将改性悬浮液用微滤膜过滤，所得的颗粒在1100～1200℃下烧结5～8小时，冷却至室温即可。

5.根据权利要求4所述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述的第1步中，油酸是经过硫化改性的。

6.根据权利要求4所述的动力型锂电池全自动生产线的生产工艺，其特征在于：所述的有机溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、酰胺类溶剂、酯类溶剂或内酯类溶剂；所述的酰胺类溶剂选自二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺；所述的酯类溶剂选自磷酸三甲酯或磷酸三乙酯；所述的内酯类溶剂选自γ-丁内酯。