一、鋰電池漿料的(de)組成
鋰電池漿(jiang)料主要由活(huo)性物(wu)質(zhi)(正負極材料)、導電劑、粘結劑和溶劑組成。
(一)活性物質
正(zheng)極(ji)為鋰金屬氧化物,如鈷酸鋰(LiCoO?)、磷(lin)酸鐵鋰(LiFePO?)、三元材料(LiNi?-x-yCoxMnyO?)等;負(fu)極(ji)為石墨、硅基材料等。
(二)導電劑
常用的導(dao)電劑有炭黑、石墨、碳(tan)纖維、碳(tan)納米管(guan)等(deng),其作用是提高電極的導(dao)電性。
(三)粘結劑
粘結(jie)(jie)劑用于將活(huo)性物質和導電(dian)劑粘結(jie)(jie)在集流(liu)體上,常用的(de)粘結(jie)(jie)劑有聚偏氟(fu)乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素(su)鈉(CMC)、丁(ding)苯橡膠(SBR)等。
(四)溶劑
溶(rong)劑(ji)(ji)用(yong)于溶(rong)解粘結劑(ji)(ji),常見的溶(rong)劑(ji)(ji)有 N-甲基吡咯烷酮(NMP)、去離子(zi)水等。
二、鋰電池(chi)漿料(liao)制備的工藝流程
(一)物料(liao)預處理
對活性物(wu)質(zhi)、導(dao)電劑和(he)粘結劑進行干燥(zao)、篩分等預處理,以去除雜質(zhi)和(he)水分,保證物(wu)料的純度和(he)粒(li)度分布(bu)均勻。
(二)漿料(liao)混合
將活(huo)性物質、導(dao)電劑(ji)、粘結劑(ji)和(he)溶(rong)劑(ji)按照(zhao)一定的比例加(jia)入攪拌容(rong)器中,進行初步(bu)混合(he)。混合(he)方式通常有機械攪拌、磁力攪拌和(he)超聲攪拌等。
(三)高速分散(san)
在初步混合(he)的基礎(chu)上(shang),采(cai)用高速分散設備(如行星式分散機(ji)、砂(sha)磨(mo)機(ji)等)對漿料(liao)進(jin)行進(jin)一步的分散,以打(da)破(po)團聚體(ti),使各組(zu)分均勻(yun)分散。
(四)脫泡處理(li)
在漿料制備過(guo)程中會引入氣泡(pao)(pao),影響涂布質(zhi)量(liang),因(yin)此需要進行脫(tuo)泡(pao)(pao)處(chu)理。常用(yong)的脫(tuo)泡(pao)(pao)方法(fa)有真空脫(tuo)泡(pao)(pao)、離心脫(tuo)泡(pao)(pao)等。
(五)漿料過濾
通(tong)過(guo)過(guo)濾去除漿(jiang)料中的(de)大顆粒雜質和(he)團聚物,保(bao)證漿(jiang)料的(de)細度(du)和(he)均勻性(xing)。
三、鋰(li)電(dian)池漿料制備的關鍵參(can)數
(一)固含(han)量
固(gu)含量(liang)(liang)是指漿(jiang)料(liao)中(zhong)固(gu)體物質的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)數。合(he)適(shi)的(de)(de)(de)固(gu)含量(liang)(liang)可以保證漿(jiang)料(liao)的(de)(de)(de)涂布(bu)性能和電池的(de)(de)(de)容量(liang)(liang)。一(yi)般來說,正(zheng)極漿(jiang)料(liao)的(de)(de)(de)固(gu)含量(liang)(liang)在 50% - 70%之(zhi)間,負極漿(jiang)料(liao)的(de)(de)(de)固(gu)含量(liang)(liang)在 40% - 60%之(zhi)間。
(二)粘(zhan)度
粘(zhan)(zhan)度(du)(du)(du)是衡量漿(jiang)料流動性(xing)(xing)的(de)重要參數。粘(zhan)(zhan)度(du)(du)(du)太(tai)高會(hui)(hui)導致涂(tu)布(bu)困難,粘(zhan)(zhan)度(du)(du)(du)太(tai)低則會(hui)(hui)影響漿(jiang)料的(de)穩定性(xing)(xing)和涂(tu)布(bu)厚(hou)度(du)(du)(du)的(de)一致性(xing)(xing)。通常,正極漿(jiang)料的(de)粘(zhan)(zhan)度(du)(du)(du)在 4000 - 8000 mPa·s 之(zhi)間,負(fu)極漿(jiang)料的(de)粘(zhan)(zhan)度(du)(du)(du)在 1000 - 5000 mPa·s 之(zhi)間。
(三)細(xi)度(du)
細(xi)度(du)是(shi)指漿料中(zhong)固體顆粒(li)(li)的粒(li)(li)徑大小。較小的顆粒(li)(li)粒(li)(li)徑有助于提高電池的性能(neng),但過度(du)細(xi)化會(hui)增加(jia)制(zhi)備成本。一般(ban)要求漿料中(zhong)顆粒(li)(li)的粒(li)(li)徑分布在一定范圍內,如 D50 在 1 - 10 μm 之間。漿料粒(li)(li)度(du)測試—刮板細(xi)度(du)計。
(四)pH 值
對于水系漿(jiang)(jiang)料(liao),pH 值會影響粘結劑的(de)穩(wen)(wen)定性(xing)和活性(xing)物質的(de)表面化學性(xing)質。通常需要將漿(jiang)(jiang)料(liao)的(de) pH 值控制(zhi)在(zai)一定范(fan)圍內,以保證漿(jiang)(jiang)料(liao)的(de)穩(wen)(wen)定性(xing)和性(xing)能。
四、鋰(li)電(dian)池漿(jiang)料制備(bei)的影響因素
(一)攪拌速度和時間
攪拌(ban)速度和時間(jian)(jian)直接影響物(wu)料的(de)(de)混合(he)均勻程(cheng)度和分散(san)效果(guo)。攪拌(ban)速度過(guo)低或時間(jian)(jian)過(guo)短,物(wu)料不(bu)能充(chong)分混合(he)和分散(san);攪拌(ban)速度過(guo)高或時間(jian)(jian)過(guo)長,可能會破壞物(wu)料的(de)(de)結構,產生過(guo)多的(de)(de)熱(re)量,甚至導致粘結劑的(de)(de)降解。
(二)溫度
溫度(du)對漿料的(de)制備過程也有重要影響。較高(gao)(gao)的(de)溫度(du)可以降低漿料的(de)粘(zhan)度(du),提高(gao)(gao)物料的(de)分散性,但溫度(du)過高(gao)(gao)可能(neng)會導致溶劑揮發、粘(zhan)結劑老(lao)化等(deng)問題。
(三(san))加料順序
加(jia)(jia)料(liao)(liao)順序會影響漿料(liao)(liao)的(de)性(xing)能。一般來說,先加(jia)(jia)入溶(rong)劑和(he)粘結劑,使其充分(fen)溶(rong)解和(he)分(fen)散,然后再(zai)加(jia)(jia)入活性(xing)物質和(he)導(dao)電劑,可以獲得較好的(de)效果。
(四(si))設備選型
不同的攪拌、分散和脫(tuo)泡設備具(ju)有(you)不同的性(xing)能和特點,選(xuan)擇合適的設備對于保證漿料的制備質量至關重要。
五、鋰(li)電池漿料制備的質量控(kong)制
(一)在線檢測
采(cai)用在線粘度計、粒度分析儀等設備對漿(jiang)料的關鍵參(can)數(shu)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)監測,及時(shi)調整工藝參(can)數(shu),保證漿(jiang)料質量的穩(wen)定性。
(二)離線檢測
定期對漿料進(jin)行取樣,進(jin)行離線的(de)粘(zhan)度、細度、固含量等檢測,與(yu)標(biao)準值進(jin)行對比,評估漿料的(de)質量。
(三)涂布性(xing)能(neng)評估
通(tong)過(guo)實際涂布(bu)(bu)實驗,觀(guan)察漿(jiang)料的(de)涂布(bu)(bu)效果,如涂布(bu)(bu)厚度(du)的(de)均(jun)勻性、表面平整度(du)等,評估(gu)漿(jiang)料的(de)涂布(bu)(bu)性能。
六、結(jie)論
鋰(li)電池(chi)(chi)漿(jiang)料(liao)的(de)(de)制(zhi)備(bei)是一個復雜而關鍵的(de)(de)過程(cheng),涉及到多種因素的(de)(de)綜合(he)影(ying)響(xiang)。通過合(he)理控(kong)制(zhi)物料(liao)的(de)(de)比例、優(you)(you)化(hua)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)和(he)參數、選擇合(he)適的(de)(de)設(she)備(bei)以及加強質量控(kong)制(zhi),可制(zhi)備(bei)出性能(neng)優(you)(you)良、穩(wen)定性高的(de)(de)鋰(li)電池(chi)(chi)漿(jiang)料(liao),為提高鋰(li)電池(chi)(chi)的(de)(de)性能(neng)和(he)一致性奠定基礎。