一,、 電極的組成:
1,、 正極組成:
a、 鈷酸鋰:正極活*物質,,鋰離子源,,為電池提高鋰源。
b,、 導電劑:提高正極片的導電,,補償正極活*物質的電子導電,提高正極片的電解液的吸液量,,增加反應界面,,減少極化。
c,、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰,、導電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。
d,、 正極引線:由鋁箔或鋁帶制成,。
2、 負極組成:
a,、 石墨:負極活*物質,,構成負極反應的主要物質;主要分為天然石墨和人造,,石墨兩大類,。
b、 導電劑:提高負極片的導電,補償負極活物質的電子導電,。
提高反應深度及利用率,。 防止枝晶的產(chǎn)生。 利用導電材料的吸液能力,,提高反應界面,,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,提高粘附力,,提高漿料黏度,,防止?jié){料沉淀。
d,、 水*粘合劑:將石墨,、導電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起,。
e,、 負極引線:由銅箔或鎳帶制成。
二,、鋰電池 配料目的: 配料過程實際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起,,調制成漿料,以利于均勻涂布,,保證極片的一致*,。配料大致包括五個過程,即:原料的預處理,、摻和,、浸濕、分散和絮凝,。
三,、鋰電池 配料原理:
(一) 、正極配料原理
1,、 原料的理化*能,。
(1) 鈷酸鋰:非極*物質,不規(guī)則形狀,,粒徑D50一般為6-8 μm,,含水量≤0.2%,通常為堿*,,PH值為10-11左右,。
錳酸鋰:非極*物質,,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*,PH值為8左右,。
(2) 導電劑:非極*物質,,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
碳黑、石墨乳等,,在大批量應用時一般選擇超導碳黑和石墨乳復配,;通常為中。
(3) PVDF粘合劑:非極*物質,,鏈狀物,,分子量從300,000到3,,000,,000不等;吸水后分子量下降,,粘*變差,。
(4) NMP:弱極*液體,用來溶解/溶脹PVDF,,同時用來稀釋漿料,。
2、 原料的預處理
(1) 鈷酸鋰:脫水,。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右,。
(2) 導電劑:脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時左右,。
(3) 粘合劑:脫水,。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時左右,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施,直接使用,。
3,、 原料的摻和:
(1) 粘合劑的溶解(按標準濃度)及熱處理,。
(2) 鈷酸鋰和導電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導電劑粘合在一起,,提高團聚作用和的導電,。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右,;為避免混入雜質,,通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
4,、 干粉的分散,、浸濕:
(1) 原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,,將會吸附部分空氣在固體的表面上,,液體粘合劑加入后,液體與氣體開始爭奪固體表面,;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強,,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,,液體可以浸濕固體,,將氣體擠出。 當潤濕角≤90度,,固體浸濕,。 當潤濕角>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容易。
(2) 分散方法對分散的影響:
A,、 靜置法(時間長,,效果差,但不損傷材料的原有結構),;
B,、 攪拌法;自轉或自轉加公轉(時間短,,效果佳,,但有可能損傷個別 材料的自身結構)。
1,、攪拌槳對分散速度的影響,。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 對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,、攪拌速度對分散速度的影響,。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,,但對材料自身結構和對設備的損傷就越大,。
3、濃度對分散速度的影響,。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,,但太稀將導致材料的浪費和漿料沉淀的加重,。
4、濃度對粘結強度的影響,。濃度越大,,柔制強度越大,粘接強度 越大,;濃度越低,,粘接強度越小。
5,、真空度對分散速度的影響,。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、溫度對分散速度的影響,。適宜的溫度下,,漿料流動*好、易分散,。太熱漿料容易結皮,,太冷漿料的流動*將大打折扣。
5,、 稀釋,。將漿料調整為合適的濃度,,便于涂布。
(二),、負極配料原理(大致與正極配料原理相同)
1,、 原料的理化*能。
(1) 石墨:非極*物質,,易被非極*物質污染,,易在非極*物質中分散;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*粘合劑(SBR):小分子線*鏈狀乳液,,極易溶于水和極*溶劑。
(3) 防沉淀劑(CMC):高分子化合物,,易溶于水和極*溶劑,。
(4) 異丙醇:弱極物質,加入后可減小粘合劑溶液的極*,,提高石墨和粘合劑溶液的相容,;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈,,提高粘結強度,。
乙醇:弱極物質,加入后可減小粘合劑溶液的極,,提高石墨和粘合劑溶液的相容,;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑 線*交鏈,,提高粘結強度(異丙醇和乙醇的作用從本質上講是一樣的,,大批量生產(chǎn)時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。
2,、 原料的預處理:
(1) 石墨:
A,、混合,,使原料均勻化,提高一致,。
B,、300~400℃常壓烘烤,除去表面油物質,,提高與水粘合劑的相容能力,,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特,不允許烘烤,,否則效能降低),。
(2) 水粘合劑:適當稀釋,提高分散能力,。
3,、 摻和、浸濕和分散:
(1) 石墨與粘合劑溶液極*不同,,不易分散,。
(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合,。
(3) 應適當降低攪拌濃度,,提高分散。
(4) 分散過程為減少極*物與非極*物距離,,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應,,攪拌時總體溫度有所下降,。如條件允許應該適當升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,,同時提高流動*,,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內(nèi)容,
在三,、(一),、4中有詳細論述,在此不予詳細解釋,。
4,、 稀釋,。將漿料調整為合適的濃度,便于涂布,。
四,、鋰電池 配料時注意事項:
1、 防止混入其它雜質,;
2,、 防止?jié){料飛濺;
3,、 漿料的濃度(固含量)應從高往低逐漸調整,,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,、 漿料不宜長時間擱置,,以免沉淀或均勻降低;
6,、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入,,以免組分材料質變化;
7,、 攪拌時間的長短以設備能,、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進行更換,,無法更換的可將轉速由慢到快進行調整,,以免損傷設備;
8,、 出料前對漿料進行過篩,,除去大顆粒以防涂布時造成斷帶;
9,、 對配料人員要加強培訓,,確保其掌握專業(yè)知識,以免釀成大禍,; 10,、 配料的關鍵在于分散均勻,掌握該中心,,其它方式可自行調整,。
五、 總論:
隨著電池制程的日益透明,鋰離子電池生產(chǎn)廠家越來越將配料列為核心機密,,因為從材料的挑選,、處理到合理搭配包含了太多技術人員的心血,同樣的材料,,有的廠家用起來特別順利,,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,,以上資料如有不足之處,我們將及時更正,。