鋰提取工藝
關(guān)注創(chuàng)建者：汽車(chē)新能源研究 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-19
鋰提取工藝的實(shí)例教程
蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道，特斯拉申請(qǐng)一項(xiàng)新專(zhuān)利，涉及使用食用鹽從礦石中提取鋰的工藝。該鋰提取工藝可將相關(guān)成本降低30%。
（圖片來(lái)源：electrek）
在名為“從粘土礦物中選擇性提取鋰”的專(zhuān)利申請(qǐng)中，特斯拉描述了當(dāng)前提取方法存在的主要問(wèn)題：
鋰是鋰離子電池和電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性金屬。為了降低電池和電動(dòng)汽車(chē)的成本，找到一種能夠經(jīng)濟(jì)有效地從各種鋰源提取鋰的方法，具有重要意義。通常開(kāi)采的主要鋰源是鋰鹵水，因?yàn)閺闹?em>提取鋰的成本較低。然而，隨著對(duì)鋰離子電池的需求不斷增加，有必要尋找其他鋰源。
另一種提取鋰的方法是，從粘土礦物中提取鋰。在這一過(guò)程中，通過(guò)酸浸獲得鋰。將粘土礦物與普通無(wú)機(jī)酸的水溶液混合，如H2SO4或HCl，然后在常壓下加熱以浸出粘土礦物中所含的鋰。采用這種酸浸法，不僅可以浸出鋰，而且能浸出高濃度雜質(zhì)，包括鈉、鉀、鐵、鋁、鈣和鎂。然后，去除雜質(zhì)元素，尤其是鋁，這會(huì)造成大量鋰損耗，可能顯著降低整體鋰提取率。此外，采用這種高酸耗和復(fù)雜的浸出液純化方法，也使整個(gè)提取過(guò)程的成本效益較低，而且不環(huán)保。
特斯拉在專(zhuān)利申請(qǐng)中總結(jié)了自己的新方法：
在所描述的從粘土礦物及其組合物中提取鋰的方法中，提取過(guò)程包括提供含鋰的粘土礦物，將陽(yáng)離子源與粘土礦物混合，對(duì)粘土礦物進(jìn)行高能研磨，并進(jìn)行液體浸出，以獲得富含鋰的浸出溶液。
這比僅添加食鹽要稍復(fù)雜一些。但據(jù)特斯拉在專(zhuān)利申請(qǐng)中介紹，主要的陽(yáng)離子源確實(shí)是NaCl。
特斯拉描述，在該工藝的研磨過(guò)程中添加NaCl的效果：
測(cè)量在研磨過(guò)程中添加NaCl的效果。
展開(kāi) 摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。目前電池制造廠(chǎng)商針對(duì)不同體系的電池工藝開(kāi)發(fā)多采用窮舉法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級(jí)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文結(jié)合宏觀(guān)電池制造設(shè)備和微觀(guān)電池電極結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度，對(duì)電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機(jī)理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景，并進(jìn)一步指出當(dāng)前研究的不足及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，旨在為優(yōu)化鋰離子電池的制造流程和提高其綜合性能提供理論參考。
關(guān)鍵詞: 鋰離子電池 ; 電極制造 ; 電池制造工藝仿真 ; 電極微觀(guān)結(jié)構(gòu) ; 電池制造設(shè)備
前言
能源存儲(chǔ)是人類(lèi)在21世紀(jì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一［1］，作為電動(dòng)汽車(chē)的主要儲(chǔ)能設(shè)備，鋰離子電池以其優(yōu)異的電化學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)在全球儲(chǔ)能設(shè)備中發(fā)揮著不可替代的作用［2］。為進(jìn)一步提高鋰離子電池的綜合表現(xiàn)，探究鋰離子制造工藝參數(shù)與電極微觀(guān)結(jié)構(gòu)以及電池整體電化學(xué)性能之間的相對(duì)關(guān)系，基于此建立對(duì)應(yīng)的模型化表達(dá)已成為目前行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一［3-4］。近年來(lái)學(xué)界對(duì)鋰離子電池單體、模組、電池包及整車(chē)系統(tǒng)的宏觀(guān)仿真模擬發(fā)展已趨于成熟［5-6］，但在微觀(guān)尺度下依據(jù)鋰離子電池各制造工藝機(jī)理進(jìn)行建模并探究對(duì)電池性能影響的研究仍在起步階段［7］。探究電池制造工藝對(duì)電極結(jié)構(gòu)的影響，并建立電極微觀(guān)結(jié)構(gòu)與鋰離子電池整體電化學(xué)性能的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)對(duì)鋰離子電池制造工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要［8］，圖1所示為鋰離子電池從電極材料選擇到整車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多尺度處理和仿真示意圖。
圖1 鋰離子電池制造從材料探究到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多尺度處理和模擬示意圖
鋰離子電池本身是一個(gè)極復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，其性能受到多個(gè)物理場(chǎng)內(nèi)不同因素的影響，表現(xiàn)出時(shí)變性和不可觀(guān)測(cè)性［10］。
展開(kāi) 鋰電池結(jié)構(gòu)
不同結(jié)構(gòu)形式、不同材料的工藝相似但裝備需全新配置
鋰離子電池構(gòu)成主要由正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。目前市場(chǎng)上采用較多的鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，二者正極原材料差異較大，生產(chǎn)工藝流程比較接近但工藝參數(shù)需變化巨大。若磷酸鐵鋰全面更換為三元材料，舊產(chǎn)線(xiàn)的整改效果不佳。對(duì)于電池廠(chǎng)家而言，需要對(duì)產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備大面積進(jìn)行更換。
鋰電池制造工藝
前中后三道工序，占比接近35%/30%/35%
鋰電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，主要生產(chǎn)工藝流程主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段（前段）、電芯合成的卷繞注液階段（中段），以及化成封裝的包裝檢測(cè)階段（后段），價(jià)值量（采購(gòu)金額）占比約為（35~40%）:（30~35）%:（30~35）%。差異主要來(lái)自于設(shè)備供應(yīng)商不同、進(jìn)口/國(guó)產(chǎn)比例差異等，工藝流程基本一致，價(jià)值量占比有偏差但總體符合該比例。
鋰電生產(chǎn)前段工序?qū)?yīng)的鋰電設(shè)備主要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等；中段工序主要包括模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等；后段工序則包括化成機(jī)、分容檢測(cè)設(shè)備、過(guò)程倉(cāng)儲(chǔ)物流自動(dòng)化等。除此之外，電池組的生產(chǎn)還需要Pack 自動(dòng)化設(shè)備。
鋰電前段生產(chǎn)工藝
極片制造關(guān)系電池核心性能
鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。
涂布和輥壓工藝之后是分切，即對(duì)涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過(guò)程中產(chǎn)生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的前端設(shè)備，如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器，關(guān)乎整條生產(chǎn)線(xiàn)的質(zhì)量，因此前端設(shè)備的價(jià)值量（金額）占整條鋰電自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的比例最高，約35%。
展開(kāi) 蓋世汽車(chē)訊 手機(jī)、筆記本電腦或者電動(dòng)汽車(chē)都需要依賴(lài)鋰，此種元素的需求量特別大。雖然全球的鋰供應(yīng)量十分充足，但是獲取和提取鋰仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性且效率低下的過(guò)程。
據(jù)外媒報(bào)道，一個(gè)由工程師和科學(xué)家組成的跨學(xué)科小組研發(fā)了一種從受污染的手中提取鋰的方法。該項(xiàng)新研究能夠簡(jiǎn)化從鹽水（鹵水）中提取鋰的過(guò)程，能夠大大增加鋰的供應(yīng)量，并降低為電動(dòng)汽車(chē)、電子設(shè)備以及其他各種設(shè)備提供動(dòng)力的鋰電池的成本。目前，人們通常利用太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)從南美洲的鹽水中獲取鋰，該工程成本高昂，需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間，而且在此過(guò)程中就會(huì)損失大部分鋰。
鋰提取（圖片來(lái)源：得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）
不過(guò)，美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和加州大學(xué)圣芭芭拉分校的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種薄膜，可以在鈉等其他離子上精確地分離出鋰，顯著提高了鋰元素的收集效率。
除了鹽水，石油和天然氣生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水中也含有鋰，但至今仍未得到開(kāi)發(fā)。研究人員表示，得克薩斯州鷹灘頁(yè)巖油氣項(xiàng)目（Eagle Ford Shale）中采用的水力壓裂法制造的僅一周的水，就有可能生產(chǎn)出足夠300輛電動(dòng)汽車(chē)電池或170萬(wàn)臺(tái)智能手機(jī)使用的鋰。因此，該技術(shù)具有極大地發(fā)展機(jī)遇，可以極大地增加鋰的供應(yīng)量，并降低依賴(lài)鋰的設(shè)備的成本。
該項(xiàng)研究的核心是，研究人員利用冠醚制造了一種新型聚合物膜，冠醚是一種具有特定化學(xué)功能的配位體，可以結(jié)合特定的離子，此前從未作應(yīng)用于水處理膜或作為水處理膜的一部分被研究，不過(guò)，其能夠靶向水中的特定分子，而此種特定分子是鋰提取的關(guān)鍵成分。
在大多數(shù)聚合物中，鈉穿過(guò)膜的速度比鋰快。
展開(kāi) 2、電池的組裝
圓柱電池的裝配工藝流程：絕緣底圈入筒→卷繞電芯入筒→插入芯軸→焊負(fù)極集流片于鋼筒→插入絕緣圈→鋼筒滾線(xiàn)→真空干燥→注液→組合帽(PTC元件等)焊到正極引極上→封口→X射線(xiàn)檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。
方形電池裝配工藝流程：絕緣底入鋼盒→片狀組合電芯入筒→負(fù)極集流片焊于鋼盒→上密封墊圈→正極集流片焊于桿引極→組合蓋(PTC元件等)焊到旋引極上→組合蓋定位→激光焊接→真空干燥→注液→密封→X射線(xiàn)檢查→編號(hào)→化成→循環(huán)→陳化。
裝配工藝說(shuō)明：以圓柱形電池為例(方形電池基本過(guò)程相同)。卷繞芯入筒以前, 將鋁條(0.08—0.15㎜厚、3㎜寬)和鎳條(0.04—0.10㎜厚, 3㎜寬)分別用超聲波焊接在正、負(fù)極導(dǎo)電基體的指定處作為集流引極。
電池隔膜一般采用PE/PP2層或PP/PE/PP 3層組成, 隔膜都是經(jīng)過(guò)120℃熱處理過(guò)的, 以增加其阻止性和提高其安全性。
正極、隔膜、負(fù)極3者疊合后卷繞入筒, 由于采用涂膏電極, 故必須讓膏體材料與基體結(jié)合得好, 以形成高密度電極, 特別要防止掉粉, 以免其穿透隔膜而引起電池內(nèi)部短路。
在卷繞電芯插入鋼筒以前, 放一個(gè)絕緣底入鋼筒底部是為了防止電池內(nèi)部短路這對(duì)于一般電池都是相同的。
電解質(zhì)一般采用LiPF6和非水有機(jī)溶劑, 在真空注液以前,電池要真空干燥24/h, 以除去電池組分中的水分和潮氣, 以免LiPF6與水反應(yīng)形成HF而縮短壽命。
電池密封采用涂密封膠、插入墊圈、卷邊加斷面收縮過(guò)程,基本原理與堿性可充電池相同。封口以后, 電池要用異丙醇和水的混合液除去油污物和濺出的電解液, 然后再干燥。使用一種氣味傳感器或“ 嗅探器”元件檢查電池漏液情況。
展開(kāi) 
鋰提取工藝的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
鋰提取工藝的最新內(nèi)容
案例一：極片涂布仿真
涂布工序在極片工序中相當(dāng)重要，涂布質(zhì)量嚴(yán)重影響電池極片質(zhì)量（面密度）以及后續(xù)工序。通過(guò)涂布仿真可以?xún)?yōu)化涂布?jí)|片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縮短驗(yàn)證時(shí)間、降低墊片開(kāi)發(fā)費(fèi)用和漿料使用成本；也可以?xún)?yōu)化涂布工藝參數(shù)選擇，建立涂布數(shù)字化模型，縮短涂布工藝爬產(chǎn)時(shí)間。目前我們已掌握涂布仿真各個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，構(gòu)建了涂布內(nèi)/外流場(chǎng)非牛頓流體漿料的多相流模型，可以在微米層級(jí)上精確地體現(xiàn)涂布漿料的濕膜厚度分布，精度誤差在
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。目前電池制造廠(chǎng)商針對(duì)不同體系的電池工藝開(kāi)發(fā)多采用窮舉法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級(jí)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文結(jié)合宏觀(guān)電池制造設(shè)備和微觀(guān)電池電極結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度，對(duì)電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機(jī)理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景
蓋世汽車(chē)訊 手機(jī)、筆記本電腦或者電動(dòng)汽車(chē)都需要依賴(lài)鋰，此種元素的需求量特別大。雖然全球的鋰供應(yīng)量十分充足，但是獲取和提取鋰仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性且效率低下的過(guò)程。
據(jù)外媒報(bào)道，一個(gè)由工程師和科學(xué)家組成的跨學(xué)科小組研發(fā)了一種從受污染的手中提取鋰的方法。該項(xiàng)新研究能夠簡(jiǎn)化從鹽水（鹵水）中提取鋰的過(guò)程，能夠大大增加鋰的供應(yīng)量，并降低為電動(dòng)汽車(chē)
蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道，特斯拉申請(qǐng)一項(xiàng)新專(zhuān)利，涉及使用食用鹽從礦石中提取鋰的工藝。該鋰提取工藝可將相關(guān)成本降低30%。
編輯推薦：本文報(bào)道了利用一種可擴(kuò)展的流延方法制備一種PIL薄層，從而在碳酸酯電解液中得到空氣穩(wěn)定，無(wú)枝晶，高效的鋰金屬陽(yáng)極。該方法將有利于推動(dòng)低成本、安全和高性能的鋰金屬電池的大規(guī)模生產(chǎn)。 隨著對(duì)先進(jìn)儲(chǔ)能裝置不斷增長(zhǎng)的需求，這激發(fā)了越來(lái)越多的研究者對(duì)高能量密度電池的研究興趣。鋰(鋰)金屬因其無(wú)與倫比的理論比容量(3860 mAh·g-1)、低電位(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04V)和低密度(0.53
1、軟包電芯
所謂的軟包電芯，其實(shí)就是使用了鋁塑包裝膜作為包裝材料的電芯。相對(duì)來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的包裝分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是軟包電芯，一類(lèi)是金屬外殼電芯。金屬外殼電芯又包括了鋼殼與鋁殼等等，近年來(lái)由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的，也可以劃為此類(lèi)。
二者的差別出了外殼材料不同，決定了其封裝方式也不同。軟包電芯采用的是熱封裝，而金屬外殼電芯一般采用焊接（激光焊）。軟包電芯可以采用熱封裝的原因是其使用了鋁塑包裝膜這種材料
一、電池制作所需參數(shù)
1、極片尺寸
2、拉漿工藝
a)集流體尺寸
正極(鋁箔)，間歇涂布
負(fù)極(銅箔)，間歇涂布
b)拉漿重量要求
3、正極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱(chēng)片(配片) 烘烤 軋片極耳焊接負(fù)極拉漿后進(jìn)行以下工序：
裁大片 裁小片 稱(chēng)片(配片) 烘烤 軋片極耳焊接
4、軋片要求
5、配片方案
6、極片烘烤
鋰電池結(jié)構(gòu)
不同結(jié)構(gòu)形式、不同材料的工藝相似但裝備需全新配置
鋰離子電池構(gòu)成主要由正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。目前市場(chǎng)上采用較多的鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，二者正極原材料差異較大，生產(chǎn)工藝流程比較接近但工藝參數(shù)需變化巨大。若磷酸鐵鋰全面更換為三元材料，舊產(chǎn)線(xiàn)的整改效果不佳。對(duì)于電池廠(chǎng)家而言，需要對(duì)產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備大面積進(jìn)行更換。
鋰電池制造工藝
前中后三道工序，占比接近
小麥胚芽油提取工藝研究進(jìn)展.pdf
