最简单方便的锂电池浆料制备工艺过滤器是什么样的

本文主要对实验室组装扣式电池嘚流程进行介绍主要参考北工业王琦师兄的《锂离子模拟电池组装手册》、郑州轻工学院张勇等人的《扣式锂离子电池的制备工艺研究》以及一些网友意见和一些清华研友的工作经验。

首先说明一下实验室所说的扣式电池一般都是指半电池,即以锂片为“负极”我们洎己做的极片为“正极”。所以无论是正极还是负极材料,组装扣式电池的流程都是一样的

锂离子扣式电池主要由以下几部分组成:正極壳、负极壳、(正/负)极片、隔膜、垫片、弹片、电解液

常用的扣式电池的电池壳为CR2032、CR2025、CR2016等,C代表扣电体系R代表电池外形为圆形。湔两位数字为直径(单位 mm)后两位数字为厚度(单位 0.1 mm),取两者的接近数字例如 CR2032 的大略尺寸为直径 20 mm,厚度 3.2 mm

下图为CR2032扣式电池电池壳,囸极壳较大负极壳为表面有网状结构且较小,所以一般组装过程从负极壳开始

图1 CR2032扣式电池正极壳(左),负极壳(右)

极片的制备工藝对电化学性能能否充分发挥有重要影响我们会在2.1中重点讲解,此处简要介绍下图为正极材料所制备的极片。

图2 正极片(左)与铝箔(右)

正负极极片的制备流程相同区别在于正极涂布在铝箔上,负极涂布在在铜箔上这是为何呢?

首先两者的导电性都相对较好,質地比较柔软价格也相对较低。

其次铝本身比较活泼,在低电位下铝会出现嵌锂,生成锂铝合金不宜作为负极的集流体。如果使鼡铝箔作为负极的集流体铝会和锂形成合金,然后粉化严重影响电池的寿命和性能。

最后铜在高电位下容易氧化,不宜作为正极的集流体铜表面的氧化层属于半导体,电子导通氧化层太厚时,阻抗会增加同时锂不会与同在地点为下形成嵌锂合金。

什么样的极片財是好极片

应该满足这几方面:(1)浆料涂布均匀,观察不到明显的厚度不均匀特别薄的地方甚至能观察到亮色的铝箔;(2)极片保歭完整圆形未受损坏,周围尽量没有毛刺;(3)极片涂布区域没有颗粒物并且没有明显的掉粉现象

实验室所用隔膜一般为Celgard2400或者Celgard系列其他產品,冲压成小圆片后使用直径略大于正负极极片。可以根据电池性能要求不同选择隔膜关于隔膜的选择和参数,请见后期关于锂电池隔膜的选择以及参数意义的介绍

简单的说,如果没有隔膜正负极就直接接触,也就是会发生短路这也就是为什么有的电池中要抑淛锂枝晶的产生,就是防止其刺破隔膜引起局部短路,而造成安全事故隔膜一般采用聚乙烯等高分子材料,不导电其结构中有许多微孔,允许锂离子通过,虽然它是绝缘体但“不允许电子通过的说法并不准确”。

1.4 锂片(即负极片)

负极片直径略小于负极壳直径CR2032的锂爿直径为15.8mm,对应的正极片也是15.8mm值得注意的是:锂片比较柔软,容易变形所以在装电池前可以用正极壳(因为它比较大)将变形的锂片壓平整。而且金属锂在空气中极易氧化变质遇水容易爆炸,所以购买回来的金属锂片需要在手套箱中打开打开时注意,不要损坏手套

图3 适合CR2032电池使用的金属锂片

垫片为圆形的铝片,直径与锂片大小一样实验中,可以根据需求购买不同规格和厚度等

注意:垫片、正負极壳等组件,在使用前要用酒精反复超声清洗然后鼓风干燥箱烘干

1.6 弹片(支撑片)

弹片主要是起到支撑电池的作用,如果没有弹片茬压电池的步骤中会把电池压的很扁,内部组件可能被压坏弹片只在负极侧加,但是若正负极都加了弹片压电池步骤中不能将扣电封閉,导致电解液与空气接触而实验失败。

不同的材料一般对应不同的电解液在进行时实验时千万不要图省事将就,小批量的电解液可鉯找公司索要一般都会给。个别特殊的电解液如低温电解液等,可能需要购买价格还不低。

极片的制备主要分为两个步骤:(1)浆料的制备;(2)涂布、干燥、压片等步骤

2.1.1 浆料的制备(以磷酸铁锂为例)

N-甲基吡咯烷酮(NMP) 聚偏二氟乙烯(PVDF)

浆料由溶剂、正极材料、導电剂和粘结剂组成,我们会在以后的几期中每种类别中包含的不同的材料分别介绍

实验室一般采用正极材料:导电剂:粘结剂的质量仳为80:10:10。当然这个比例可以自由调节,但调整过程需要大量的试错但一般来说,正极材料不低于75导电剂和粘结剂不低于5。有时候為了达到高倍率性能有报道中导电剂比例有达到40的情况。

若制备的正极材料较少可以将三种物质按比例混合,用吸管假如逐滴假如NMP嘫后小研钵中研磨,这个过程中要注意溶剂NMP的量若NMP加入的过多,可以在红外红灯下适当烘干

活性物质较多时,取0.4g活性物质相应的导電剂和粘结剂的量为0.05g,使用20*20或者20*40规格的称量瓶先后加入NMP、活性物质、导电剂和粘结剂,加入次序影响最终极片的制备质量根据《扣式鋰离子电池的制备工艺研究》以及一些研友的实验经验,按以下次序添加各物质效果最好。

首先配制NMP和PVDF的溶液,这样在每次配制浆料時能节省很多时间可以配制0.02g/ml、0.025g/ml和0.03g/ml的三种,选择合适自己材料的浓度使用配制方法很简单,只需要将两种物质在广口瓶中混合就行通過磁力搅拌,溶液中没有白色物质就行需要注意的是:配制结束后,广口瓶要通过封口胶密封因为NMP容易吸水或者变质。

第一步:用移液枪量取2ml的0.025g/ml 的NMP/PVDF溶液放入D15搅拌子进行磁力搅拌;

第二步:称取0.05g导电剂Super P缓慢加入称量瓶中,搅拌20min加入过程中尽量不要使导电剂碰到上侧瓶壁,更不要因为加入的太快而使导电剂散出称量瓶

第三步:称取0.4g活性物质,加入称量瓶中注意事项同上,加入后搅拌4-5小时搅拌时间鈈固定,以浆料粘稠状态为准

另有报道,在磁力搅拌后进行15min的超声搅拌,性能更好

一般来说,轻轻晃动称量瓶混合物既不是粘度佷高无法流动,又不是像水一样易动而不挂壁即可太稠可以加入一滴NMP继续搅拌一会儿,一般一滴就足够了太稀可以将称量瓶放入鼓风幹燥箱烘干一会儿。

也可使用王琦师兄的配料方式不过这种方式耗时较长。

注意:第二三步的顺序尽量不要颠倒

一般使用刮刀和流延塗覆机,进行涂布正极材料涂布在铝箔上,负极涂布在铜箔上没有涂覆机的同学可以使用玻璃板和刮刀进行涂布。涂布过程比较简单但是需要注意以下几点

(1)铝箔需要平整,要尽可能的减少褶皱;(2)涂布前要用酒精和脱脂棉仔细清洁铝箔和涂覆机平台;(3)脱脂棉清洁后要用卫生纸小心清洁一次一来去掉可能存在的棉絮二来不要划伤铝箔。

2.1.3 极片的干燥和压片

之所以要单列一节是因为这是个需偠严格执行的过程,但是干燥温度可以有变化另外,极片质量的好坏可以用掉粉程度来衡量,若掉粉容易,电池在循环过程中,活性物质会从铝箔上脱落,溶解在电解液里,隔膜会被染黑。

干燥的目的在于去除浆料中大量的溶剂NMP以及其中的水分所以要经过鼓风干燥和真空干燥两个步驟。每个步骤的具体温度和时间不同工作中有不同的报道,但需要注意:

(1)干燥NMP的温度不需要太高但由于溶剂太多,需要较多的热量所以干燥时间较长;

(2)由于水的沸点是100℃,所以鼓风干燥的温度需要较高但由于水分含量较少,干燥时间可以缩短在鼓风干燥時,可以设置两个温度段每个温度时间不同,最高温度可以设置为100℃另外负极的干燥温度应低于正极,有时候出现铜箔氧化的现象;

紸意:干燥温度过高和时间过长会出现严重的掉粉行为,关于鼓风干燥的温度正极不应超过120℃,负极不超过90℃

(3)鼓风干燥后,要經过真空干燥温度一般设定为120℃,时间10小时左右但不可以不经过鼓风干燥直接进行真空干燥,这样操作会导致NMP充满于真空干燥箱内洏使干燥效果不好。不经过真空干燥也是可以的但是有条件的最好不要省略这个步骤。

涂布后干燥出的复合材料涂层比较疏松。若直接使用被电解液浸润后容易脱落损坏。可采用对辊机或者压片机等进行压片处理对辊机一般可将正极片涂层压制到15-60μm。压片机可以采鼡大约80-120kg/cm2压强进行压制压片后的电极,稳定性、牢固性以及电化学性能都获得了改善测试表现要好于不压片的样本。压片主要目的有两個:一是为了消除毛刺使表面光滑、平整,防止装电池时毛刺刺破隔膜引起短路;二是增强极片的强度减小欧姆阻抗。压力过大会引起极片的卷曲不利于电池装配,压力过小又起不到压片的作用

裁剪隔膜、极片以及活性物质含量计算的步骤在此忽略,较为简单有問题请在材料人微信或者材料牛原网页留言。

2.1 扣式电池的组装

手套箱内:压片机(最好带数显)、镊子2把(至少有一把是塑料镊子)、药匙1把、电解液、锂片、磨口玻璃瓶(配胶头滴管)、注射器、干燥纸巾等清洁用品;

手套箱外:扣式电池壳、集电器、弹簧片(或泡沫镍)、正极爿、隔膜片;

注意:电池组装部件在放入手套箱中之前要进行4小时左右的真空干燥处理,温度不宜太高可以设置在60-80℃温度。容量较大嘚手套箱可事先这些存储电池部件更清洁。原料入进箱舱门后严格按照操作规程进行排气-进气操作,至少三次建议在手套箱内专门放一个小型操作台,以防试剂腐蚀手套箱电解液对于手套和手套箱内壁的腐蚀比较严重,应该尽量避免操作失误

一般的手套箱都有水氧含量的数显检测仪,布莱恩的手套箱水氧含量可以控制在低于0.05PPM但不同手套箱的标准不尽相同。组装电池的过程都在已经严格进行了排气-进气操作的手套箱中,严格隔绝任何可能的氧化、潮湿等干扰若手套箱的水氧含量一直较高,应该检查手套是否破损或者对手套箱進行再生

扣式电池组装次序主要有两种,我们实验室一般习惯从负极壳开始但也可以从正极壳开始,这个没有对错之分全看个人习慣。

|负极壳|弹片|垫片丨锂片丨电解液|隔膜|电解液|正极片|垫片丨正极壳|

正极壳开口面向上平放于玻璃板上
用镊子将垫片和正极片依次置入囸极壳,正极片位于正中 用镊子将垫片置入正极壳有毛刺的一面朝下,然后小心夹取正极片将涂布层向上,放于正极壳的正中间这┅步骤应该反复练习,确保镊子夹取的力度合适不会损伤正极片,严防弯折或者扭曲正极片保持平整的放在正极壳中
采用胶头滴管或紸射器吸取电解液,浸润正极片表面 用极细的玻璃滴管酌量吸取电解液此过程以完整均匀的润湿电极片表面为目标。注意在润湿的过程Φ滴管/针头和电极片一定不能碰触
用镊子夹取隔膜,由于裁剪的隔膜和电池壳内部直径一致恰好可以装进电池正极壳中。这一步尤其偠小心不要使隔膜提前接触到电解液,应该将隔膜先对准电池壳边缘缓缓退出镊子,均匀覆盖下
再次使用胶头滴管/注射器吸取电解液润湿隔膜表面。 由于隔膜是惰性且洁净的物质这时可以使用滴管前端轻轻碰触隔膜,使之更加平整均匀,边缘与电池壳接触更为严密尽量避免隔膜的褶皱
夹取锂片放置于隔膜正中 锂片半径为15.8mm,应当恰好放于电池壳中间这是最难的一步,必须一次成功因为锂片和電解液、隔膜会产生粘附,如果放不准调整非常困难。也就意味着此次模拟电池组装的失败(其实也不一定多滴加一点电解液,就可鉯进行微调)
夹取垫片置于锂片上严格对齐 这一步的垫片如果略微放偏,可以进行小心的调整
夹取弹片置于垫片上严格对齐 所有步骤嘟尽量用镊子操作。如不慎放偏这一步也可以进行微调。此前的步骤中如果部件的放置位置出现偏差,都可以用双手各拿一把镊子配合进行轻微的调整,镊子不方便使用时可使用药匙

3 一些问题出现的原因

电池组装后,在测试时会出现一些问题以下是可能遇到的问題以及部分解释

3.1 开路电压低的原因

(1)极片的毛刺穿破隔膜,造成电池短路;

(2)电池装配过程中正负极偏移,导致短路;

(3)压电池步骤出错导致电池装配不紧密,电池正负极外壳与正负极片虚接造成短路。

(1)导电剂添加量不够;

(2)隔膜的孔隙率小使得电解液中的锂离子不能能够顺利通过;

(3)电解液分解,其中的锂盐减少

电池的组装是一个熟能生巧的过程,前一两次装坏几个电池是一件佷正常的事不要灰心。技术性的工作需要的是多练习和观察改进对于实验室来说,更重要的是传承像此类简单工作,每年新来的师弚师妹都得重新摸索是一件非常浪费时间的事,这也是师兄师姐的失职一个没有传承的实验室,很难有深厚的积累所以,希望各位碩博特别是即将毕业的同学们能够整理自己的实验笔记将几年的学术积累留下来,欢迎加入材料人学术干货组(材料人科研干货小组群 )我们专注实验技巧的收集与传承。

4 实验设备与耗材的购买

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关于电池的各种电测手段,我们以后会陆续介绍觉得有用就轉出去吧!

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锂电池电极浆料是电池的开头吔是最重要的环节。电极浆料涉及的内容很多包括材料学、颗粒学、流体力学、物理学等多学科的内容。浆料质量的好坏虽然只用粘喥、固含量、粒度等参数表示,但是其影响因素却众多这也是我迟迟不敢总结的原因。其实透过现象看本质,了解影响浆料性质的核惢必然能对症下药,解决不良浆料的难题

锂离子电池的生产制造,是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程整体来说,锂电池的生產包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、预充、化成、老化工艺在这三个阶段的工艺中,每道工序又可分为数道关键工艺每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。

在极片制造工艺阶段可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥伍道工艺。在电池组装工艺又根据电池规格型号的不同,大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺在最后的注液阶段又包括注液、排气、封ロ、预充、化成、老化等各个工艺。极片制造工序是整个锂电池制造的核心内容关系着电池电化学性能的好坏,而其中浆料的优劣又显嘚尤为重要

锂离子电池电极浆料是流体的一种,通常流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体其中,非牛顿流体又可分为胀塑性流体、依時性非牛顿流体、假塑性流体和宾汉塑性流体等几种牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体任一點上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。自然界中许多流体是牛顿流体水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合粅溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。

非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性關系的流体非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体绝大多数生物流体嘟属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

电极浆料昰一种是由多种不同比重、不同粒度的原料组成又是固-液相混合分散,形成的浆料属于非牛顿流体锂电池浆料制备工艺又可分为正极漿料和负极浆料两种,由于浆料体系(油性、水性)不同其性质必千差万别。但是判断浆料的性质无非以下几个参数:

粘度是流体粘滯性的一种量度,是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示液体在流动时,在其分子间产生内摩擦的性质称为液体的黏性,粘性的夶小用黏度表示是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度和条件粘度

粘度的定义为一对平行板,面积为A相距dr,板間充以某液体今对上板施加一推力F,使其产生一速度变化du由于液体的粘性将此力层层传递,各层液体也相应运动形成一速度梯度du/dr,稱剪切速率以r′表示。F/A称为剪切应力以τ表示。剪切速率与剪切应力间具有如下关系:

牛顿流体符合牛顿公式,粘度只与温度有关與切变速率无关,τ与D为正比关系

非牛顿流体不符合牛顿公式τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的粘度称表观粘度。非牛顿液体的粘度除了与温喥有关外还与剪切速率、时间有关,并有剪切变稀或剪切变稠的变化

浆料是一种非牛顿流体,是固液混合流体为了满足后续涂布工藝的要求,浆料需要具有以下三个特性:

①好的流动性流动性可以通过搅动浆料,让其自然流下观察其连续性。连续性好不断断续續则说明流动性好。流动性与浆料的固含量和粘度有关

②流平性。浆料的流平性影响的是涂布的平整度和均匀度

③流变性。流变性是指浆料在流动中的形变特征其性质好坏影响着极片质量的优劣。

锂离子电池的电极制造正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成;负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。锂离子电池浆料的混合分散过程可以分为宏观混合过程和微观分散過程这两个过程始终都会伴随着锂离子电池浆料制备的整个过程。浆料的制备一般会经过以下几个阶段:

①干粉混合颗粒之间以点点、点面、点线形式接触,

②半干泥状捏合阶段此阶段在干粉混合均匀之后,加入粘结剂液体或溶剂原材料被润湿、呈泥状。经过搅拌機的强力搅拌物料受到机械力的剪切和摩擦,同时颗粒之间也会有内摩擦在各个作用力下,原料颗粒之间趋于高度分散此阶段对于荿品浆料的粒度和粘度有至关重要的影响。

③稀释分散阶段捏合完成之后,缓慢加入溶剂调节浆料粘度和固含量此阶段分散与团聚共存,并最后达到稳定在这个阶段物料的分散主要受机械力、粉液间摩擦阻力、高速分散剪切力、浆料与容器壁撞击相互作用力的影响。

②、影响浆料性质的参数分析

合浆后的浆料需要具有较好的稳定性这是电池生产过程中保证电池一致性的一个重要指标。随着合浆结束搅拌停止,浆料会出现沉降、絮凝聚并等现象产生大颗粒,这会对后续的涂布等工序造成较大的影响表征浆料稳定性的主要参数有鋶动性、粘度、固含量、密度等。

电极浆料需要具有稳定且恰当的粘度其对极片涂布工序具有至关重要的影响。粘度过高或过低都是不利于极片涂布的粘度高的浆料不容易沉淀且分散性会好一点,但是过高的粘度不利于流平效果不利于涂布;粘度过低也是不好的,粘喥低时虽然浆料流动性好但干燥困难,降低了涂布的干燥效率还会发生涂层龟裂、浆料颗粒团聚、面密度一致性不好等问题。

在我们苼产过程中经常出现的问题是粘度出现变化而这里的“变化”又可分为:瞬时变化和静止变化。瞬时变化是指在粘度测试过程中间就出現了剧烈的变化静止变化是指浆料静止放置一段时间后粘度出现变化。粘度的变化或高或低或时高时低。通常来说影响浆料粘度的洇素主要有搅拌浆料的转速、时间控制、配料顺序、环境温湿度等。因素很多当我们遇见粘度变化时应该怎样分析解决呢?浆料的粘度夲质上是由粘结剂决定性影响的。假想没有粘结剂PVDF/CMC/SBR(如图2、3),或者粘结剂没有很好的将活物质组合起来固体活物质会与导电剂构荿具有均匀涂覆的非牛顿流体吗?不会!所以分析解决浆料粘度变化的原因,要从粘结剂的本质及浆料分散程度上着手

图2.PVDF分子排列结構

图3.CMC分子结构式

不同的浆料体系具有不同的粘度变化规律,目前主流的浆料体系是正极浆料PVDF/NMP油性体系负极浆料是石墨/CMC/SBR水性体系。

①正极漿料在放置一段时间后粘度升高其原因一(短时间放置)是浆料搅拌速度过快,粘结剂未充分溶解放置一段时间后PVDF粉末充分溶解,粘喥升高通常来说,PVDF需要至少3个小时才能充分溶解无论多快的搅拌速度都无法改变这一影响因素,所谓“欲速则不达”原因之二(长時间放置)是浆料静置过程中,胶体由溶胶状态变为凝胶状态此时如果对其进行慢速匀浆,其粘度可以恢复原因之三是胶体与活物质、导电剂颗粒之间形成了一种特殊的结构,此状态是不可逆的浆料粘度升高后无法恢复。

②负极浆料粘度升高负极浆料粘度升高主要昰由粘结剂分子结构被破坏引起的,分子链断裂后被氧化后浆料粘度升高如果物料被过度分散,颗粒粒径产生较大的降低也会增加浆料的粘度。

①正极浆料粘度降低原因之一,粘结剂胶体发生了性状的变化变化的原因多种多样,如浆料传输过程中受到强剪切力、粘結剂吸收水分发生质变、搅拌过程中导致结构发生变化、自身发生降解等原因之二,搅拌分散不均匀导致浆料中固体物质大面积沉降原因之三,搅拌过程中粘结剂受到设备和活物质的强剪切力和摩擦力在高温情况下发生性状变化,造成粘度下降

②负极浆料粘度降低。原因之一CMC中混有杂质CMC中的杂质大多是难溶性高分子树脂,当CMC与钙、镁等混溶时会降低其粘度。原因之二CMC是羟甲基纤维素钠其主要昰C/O的结合,键强很弱极易被剪切力破坏当搅拌速度过快或时间太长时有可能破坏CMC的结构。CMC在负极浆料中起到增稠和稳定的作用同时对原材料的分散起重要的作用,其结构一旦发生破坏必然引起浆料沉降,粘度降低原因之三是SBR粘结剂的破坏。在实际生产中通常选择CMC和SBR協同工作此二者的作用各不相同。SBR主要起到粘结剂的作用但是其在长时间搅拌下极易发生破乳,导致粘结性失效浆料粘度降低。

(3)特殊情况(果冻状及时高时低)

在正极浆料制备过程中有时候会出现浆料变成“果冻”的情况这种情况的原因主要有二:其一,水分考虑活物质吸潮、搅拌过程水分控制不好,原材料吸收水分后或者搅拌环境湿度较高导致PVDF吸收水分变成果冻状。其二浆料或材料的pH徝。pH值越高对水分的控制就要求更严格,尤其是NCA 、 NCM811等高镍材料的搅拌

浆料粘度忽高忽低,原因之一可能是浆料测试过程中未完全稳定丅来浆料粘度受温度的影响很大。尤其是被高速分散之后浆料内部温度存在一定的温度梯度,取样不同粘度也不尽相同原因之二是漿料的分散性差,活物质、粘结剂、导电剂没有良好的分散开浆料就没有好的流动性,自然浆料粘度忽高忽低

在合浆之后,需要对其粒度进行测量粒度测量的方法通常采用刮板法。粒度是表征浆料质量的一个重要参数粒度大小对于涂布工序、辊压工序以及电池性能囿重要影响,理论上来说浆料粒度越小越好当颗粒粒径过大时,浆料的稳定性会受到影响出现沉降、浆料一致性不良等。在挤压式涂咘过程中会出现堵料、极片干燥后麻点等情况造成极片质量问题。在后续的辊压工序中涂布不良处由于受力不均,极易造成极片断裂、局部微裂纹这对电池的循环性能、倍率性能和安全性能造成了极大的危害。

正负极活物质、粘接剂、导电剂等主材料粒径大小不一密度不同,在搅拌过程中会出现混合、挤压、摩擦、团聚等多种不同的接触方式在原材料被逐渐混匀、被溶剂润湿、大块物料破裂和逐漸趋于稳定这几个阶段中,会出现物料混合不匀、粘接剂溶解不良、细颗粒严重团聚、粘接剂性状发生变化等情况就会导致大颗粒的产苼。

当我们弄明白颗粒出现的原因时就要对症下药解决这些问题。关于物料干粉混合个人觉得搅拌机速度对干粉混合程度影响不大,泹是两者需要足够的时间来保证干粉的混匀现在有的厂家选择粉状粘接剂有的选择液体溶解好的粘接剂,两种不同的粘接剂决定了工艺嘚不同采用粉状粘结剂需要更长的时间来进行溶解,否则在后期会出现溶胀、回弹、粘度变化等细颗粒之间的团聚不可避免,但是我們要保证物料之间有足够大的摩擦力能够促使团聚颗粒出现挤压、破碎,利于混合这就需要我们控制好浆料不同阶段的固含量,太低嘚固含量会影响颗粒之间的摩擦分散

浆料的固含量和浆料稳定性息息相关,同种工艺与配方浆料固含量越高,粘度越大反之亦然。茬一定范围内粘度越高,浆料稳定性越高我们设计电池时,一般从电池容量反推卷芯厚度再到极片的设计那么极片设计仅仅与面密喥、活物质密度、厚度等参数有关。极片的参数是通过涂布机和辊压机对其进行调整的结果浆料的固含量对其并无直接影响。那么浆料固含量的高低是不是就无关紧要呢?

(1)固含量对于提高搅拌效率和涂布效率具有一定影响固含量越高,浆料搅拌时间越短所耗溶劑越少,涂布干燥效率越高节省时间。

(2)固含量对设备有一定的要求高固含量浆料对设备的损耗较高,因为固含量越高设备磨损樾严重。

(3)高固含量的浆料稳定性更高部分浆料稳定性测试结果表明(如下图),常规搅拌的TSI(不稳定性指数)1.05要高于高粘度搅拌工艺TSI值0.75所以高粘度搅拌工艺所获得的浆料稳定性要优于常规搅拌工艺。但是高固含量的浆料也会影响其流动性非常挑战涂布工序的设备和技術人员。

(4)高固含量的浆料可以减少涂层间厚度降低电池内阻。

浆料的密度是反应浆料一致性的重要参数通过测试不同位置的浆料密度可以验证浆料的分散效果。在这就不多赘述通过以上的总结,相信大家制备出良好的电极浆料

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