鋰離子電池生產(chǎn)配料基礎(chǔ)知識(shí)

配料過程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起，調(diào)制成漿料，以利于均勻涂布，保證極片的一致性。配料大致包括五個(gè)過程，即:原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。

(1) 鈷酸鋰:非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8 μm，含水量≤0.2%，通常為堿性，PH值為10-11左右。

錳酸鋰:非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7 μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，PH值為8左右。

(2) 導(dǎo)電劑:非極性物質(zhì)，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值~300，粒徑一般為 2-5 μm;主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等，在大批量應(yīng)用時(shí)一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中性。

(3) PVDF(聚偏二氟乙烯)粘合劑:非極性物質(zhì)，鏈狀物，分子量從300，000到3，000，000不等;吸水后分子量下降，粘性變差。

(4) NMP(N-甲基吡洛烷酮):弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。

(1) 鈷酸鋰:脫水。一般用120 ℃常壓烘烤2小時(shí)左右。

(2) 導(dǎo)電劑:脫水。一般用200 ℃常壓烘烤2小時(shí)左右。

(3) 粘合劑:脫水。一般用120-140 ℃常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定。

(4) NMP:脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施，直接使用。

(1) 粘合劑的溶解(按標(biāo)準(zhǔn)濃度)及熱處理。

(2) 鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨:使粉料初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間一般為2小時(shí)左右;為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。

(1) 原理:固體粉末放置在空氣中，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開始爭(zhēng)奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng)，液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。

當(dāng)潤(rùn)濕角≤90度，固體浸濕。

當(dāng)潤(rùn)濕角>90度，固體不浸濕。正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕，所以正極粉料分散相對(duì)容易。(2) 分散方法對(duì)分散的影響:

A、 靜置法(時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu));

B、 攪拌法;自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時(shí)間短，效果佳，但有可能損傷個(gè)別 材料的自身結(jié)構(gòu))。

1、攪拌槳對(duì)分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來(lái)對(duì)付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài)，效果佳。

2、攪拌速度對(duì)分散速度的影響。一般說來(lái)攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。

3、濃度對(duì)分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。

4、濃度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大，柔制強(qiáng)度越大，粘接強(qiáng)度越大;濃度越低，粘接強(qiáng)度越小。

5、真空度對(duì)分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。

6、溫度對(duì)分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。

將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

(1) 石墨:非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)中分散;不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。

(2) 水性粘合劑(SBR:丁苯橡膠):小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。

(3) 防沉淀劑(CMC:羧甲基纖維素):高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。

(4) 異丙醇:弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。乙醇:弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的，大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。

(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。

(1) 石墨:A、混合，使原料均勻化，提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低)。

(2) 水性粘合劑:適當(dāng)稀釋，提高分散能力。

(1) 石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。

(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤(rùn)濕，再與粘合劑溶液混合。

(3) 應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。

(4) 分散過程為減少極性物與非極性物距離，提高勢(shì)能或表面能，所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時(shí)提高流動(dòng)性，降低分散難度。

(5) 攪拌過程如加入真空脫氣過程，排除氣體，促進(jìn)固-液吸附，效果更佳。

(6) 分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容，前面有詳細(xì)論述，在此不予詳細(xì)解釋。

將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。

1、 防止混入其它雜質(zhì);

2、 防止?jié){料飛濺;

3、 漿料的濃度(固含量)應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩;

4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻;

5、 漿料不宜長(zhǎng)時(shí)間擱置，以免沉淀或均勻性降低;6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料性質(zhì)變化;

7、 攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短以設(shè)備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換，無(wú)法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整，以免損傷設(shè)備;

8、 出料前對(duì)漿料進(jìn)行過篩，除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶;

9、 對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專業(yè)知識(shí)，以免釀成大禍;

10、 配料的關(guān)鍵在于分散均勻，掌握該中心，其它方式可自行調(diào)整。

隨著電池制程的日益透明，鋰離子電池生產(chǎn)廠家越來(lái)越將配料列為核心機(jī)密，因?yàn)閺牟牧系奶暨x、處理到合理搭配包含了太多技術(shù)人員的心血，同樣的材料，有的廠家用起來(lái)特別順利，有的廠家就麻煩百出;有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池，而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹;配料的基礎(chǔ)知識(shí)可以讓大家對(duì)配料的了解多一些，少走一些彎路;但水平有限，難免有疏漏之處，希望大家多多批評(píng)指正。也期望大家在工作中認(rèn)真研究，真誠(chéng)交流，大膽創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)起來(lái)，共同促進(jìn)中國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。

a、 鈷酸鋰:正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提供鋰源。

b、 導(dǎo)電劑:提高正極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。

提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。

c、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。

d、 正極引線:由鋁箔或鋁帶制成。

a、 石墨:負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。

b、 導(dǎo)電劑:提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。

提高反應(yīng)深度及利用率。防止枝晶的產(chǎn)生。利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加)。

c、 添加劑:降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。

d、 水性粘合劑:將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。

e、 負(fù)極引線:由銅箔或鎳帶制成。