《電子技術(shù)應(yīng)用》
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鋰電池配料的技術(shù)知識資料
摘要: 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(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*,。配料大致包括五個過程,即:原料的預(yù)處理,、摻和,、浸濕、分散和絮凝,。
Abstract:
Key words :

一,、 電極的組成:

1、 正極組成:

a,、 鈷酸鋰:正極活*物質(zhì),,鋰離子源,為電池提高鋰源,。

b,、 導(dǎo)電劑:提高正極片的導(dǎo)電,補償正極活*物質(zhì)的電子導(dǎo)電,,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。

2,、 負(fù)極組成:

a,、 石墨:負(fù)極活*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,,補償負(fù)極活物質(zhì)的電子導(dǎo)電。   

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*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,。

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(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*。配料大致包括五個過程,,即:原料的預(yù)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(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*,,PH值為10-11左右。    

錳酸鋰:非極*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*,,PH值為8左右。

(2) 導(dǎo)電劑:非極*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)用時一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中,。

(3) PVDF粘合劑:非極*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*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(yù)處理

(1) 鈷酸鋰:脫水,。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右。

(2) 導(dǎo)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(shè)施,,直接使用,。

3、 原料的摻和:

(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,。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(zhì),,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(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)潤濕角≤90度,,固體浸濕。 當(dāng)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(jié)構(gòu)),;

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

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(jié)構(gòu)和對設(shè)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(dǎo)致材料的浪費和漿料沉淀的加重。

4,、濃度對粘結(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(jié)皮,太冷漿料的流動*將大打折扣,。

5,、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,,便于涂布,。

(二)、負(fù)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(zhì),易被非極*物質(zhì)污染,,易在非極*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*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(zhì),,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(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:弱極物質(zhì),,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(qiáng)烈的消泡作用,;易催化粘合劑 線*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(yù)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(zhì),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(dāng)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(yīng)適當(dāng)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(yīng),,攪拌時總體溫度有所下降。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(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,,

在三,、(一)、4中有詳細(xì)論述,,在此不予詳細(xì)解釋,。

4、 稀釋,。將漿料調(diào)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(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(zhì)變化,;

7,、 攪拌時間的長短以設(shè)備能、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,、 出料前對漿料進(jìn)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(qiáng)培訓(xùn),確保其掌握專業(yè)知識,,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。

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(jī)密,因為從材料的挑選,、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。

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