鋰電池電芯漿料攪拌

現(xiàn)行的鋰離子電池漿料的制備都是在雙行星分散設(shè)備中完成的。盡管在小型電池生產(chǎn)技術(shù)上已日趨成熟，但鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中，電池的一致性控制仍然是鋰離子電池制作的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是對(duì)于大容量、大功率的動(dòng)力型鋰離子電池。另外，隨著鋰離子電池材料的不斷進(jìn)步，原材料顆粒粒徑越來(lái)越小，這不僅提高了鋰離子電池性能，也非常容易形成二級(jí)團(tuán)聚體，從而增加了混合分散工藝的難度。在鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)電池電極結(jié)構(gòu)的控制是關(guān)鍵，盡管很多鋰離子生產(chǎn)廠家對(duì)此未引起重視，采用不同結(jié)構(gòu)的電極片生產(chǎn)的電池的自放電率、循環(huán)性、容量、一致性等都不同。

如何控制其電極片內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。所以在制備電極片過(guò)程中，必須控制好鋰離子電池漿料的混合分散質(zhì)量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩(wěn)定性。

鋰離子電池漿料的混合分散過(guò)程可以分為宏觀混合過(guò)程和微觀分散過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程始終都會(huì)伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個(gè)過(guò)程。而根據(jù)傳統(tǒng)工藝中的葉輪剪切——循環(huán)特性，可以把葉輪的作用分為兩大類，第一類是對(duì)葉輪附近產(chǎn)生的剪切作用；第二類則是通過(guò)葉輪泵出的流量產(chǎn)生循環(huán)作用。漿體的進(jìn)一步分散作用主要依靠葉輪的剪切作用，而葉輪的流量決定了葉輪的分散的能力。而在離葉輪端部較遠(yuǎn)的區(qū)域，總會(huì)存在一層漿料始終停滯不動(dòng)，這個(gè)區(qū)域也就是人們常說(shuō)的“死區(qū)”，分散設(shè)備的工作區(qū)域越大，而且漿料黏度越高，“死區(qū)”的問(wèn)題就越突出，就算采用不同的葉輪和結(jié)構(gòu)，死區(qū)仍然難以避免，因此在鋰離子電池漿料的制備過(guò)程中，所制得的漿料產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)混合分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問(wèn)題。漿體的流變性十分復(fù)雜．一種漿體在低濃度時(shí)可能表現(xiàn)為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產(chǎn)生絮團(tuán)后，可能表現(xiàn)為賓漢流體；更高的濃度下又可能會(huì)出現(xiàn)脹塑性流體。

對(duì)同—種漿料，在剪切率不太高時(shí)，不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象，剪切率高時(shí)又可能轉(zhuǎn)化為脹塑性流體。有些非牛頓流體在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈現(xiàn)牛頓流體形象，這可能是因?yàn)樵诘图羟兴俾氏拢肿拥臒o(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)不出剪切速率對(duì)其中物料重新排列使表觀粘度的變化，當(dāng)剪切速率增高到一定限度后，剪切定向達(dá)到了最佳程度，因而也使表觀粘度不隨剪切速率而變。如前所述，許多非牛頓體其流變特性受到體系中結(jié)構(gòu)變化的影響。

在超剪切分散設(shè)備中，作用于液體的能量一般相當(dāng)集中，這樣可以使液體收到高能量密度的作用。引入能量的類型和強(qiáng)度必須足以使分散相顆粒有效地均勻分散。分散均勻的本質(zhì)是使物料中分散相（固體顆粒、液滴等）受流體力學(xué)上的剪切作用和壓力作用破碎并分散。

液體物料分散系中固體分散相顆粒或液滴破碎分散的直接原因是受到剪切力和壓力的共同作用。引起剪切力和壓力作用的具體流體力學(xué)效應(yīng)主要有三種，它們分別是層流效應(yīng)、湍流效應(yīng)和空穴效應(yīng)。層流效應(yīng)的作用是引起固體分散相顆粒或液滴的剪切和拉長(zhǎng)，湍流效應(yīng)的作用是在壓力波動(dòng)作用下引起固體分散相顆?；蛞旱蔚碾S意變形，而空穴效應(yīng)的作用則是使形成的小氣泡瞬間破滅產(chǎn)生沖擊波，而引起劇烈攪動(dòng)。

綜上所述，超剪切分散設(shè)備內(nèi)物料的分散機(jī)理比較復(fù)雜，主要是以剪切作用起主導(dǎo)作用，而以其他作用為輔。漿體物料在高頻壓力波的作用下產(chǎn)生反復(fù)的壓縮效應(yīng)，同時(shí)又受到超剪切分散設(shè)備內(nèi)窄小間隙內(nèi)的剪切力和回旋剪切力的強(qiáng)烈作用，如此綜合反復(fù)的作用，被處理的漿料產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散和粉碎作用，最終達(dá)到快速超細(xì)分散的目的。

鋰離子電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導(dǎo)電劑、正極材料等組成；負(fù)極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負(fù)極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過(guò)程,而且在這個(gè)過(guò)程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。在正、負(fù)極漿料中，顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動(dòng)，因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要，漿料分散質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。

鋰電池電芯漿料傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)漿料工藝是：

(一) 配料：

1.溶液配制：

a) PVDF(或CMC)與溶劑NMP（或去離子水）的混合比例和稱量；

b) 溶液的攪拌時(shí)間、攪拌頻率和次數(shù)（及溶液表面溫度）；

c) 溶液配制完成后,對(duì)溶液的檢驗(yàn):粘度(測(cè)試)\溶解程度(目測(cè))及擱置時(shí)間;

d) 負(fù)極:SBR CMC溶液,攪拌時(shí)間和頻率。

2.活性物質(zhì):

a) 稱量和混合時(shí)監(jiān)控混合比例、數(shù)量是否正確；

b) 球磨：正負(fù)極的球磨時(shí)間；球磨桶內(nèi)瑪瑙珠與混料的比例；瑪瑙球中大球與小球的比例；

c) 烘烤：烘烤溫度、時(shí)間的設(shè)置；烘烤完成后冷卻后測(cè)試溫度。

d) 活性物質(zhì)與溶液的混合攪拌：攪拌方式、攪拌時(shí)間和頻率。

e) 過(guò)篩：過(guò)100目（或150目）分子篩。

f) 測(cè)試、檢驗(yàn)：

對(duì)漿料、混料進(jìn)行以下測(cè)試：固含量、粘度、混料細(xì)度、振實(shí)密度、漿料密度。

鋰電池電芯漿料主流工藝

在傳統(tǒng)工藝上再進(jìn)行超細(xì)分散，這是因?yàn)椋和ㄟ^(guò)傳統(tǒng)混合與攪拌設(shè)備，只能夠?qū)⑷芤褐械拇蠓蹐F(tuán)打散，并均勻分布；但是，粉體形態(tài)是以微細(xì)粉團(tuán)形態(tài)存于溶液之中，僅滿足了宏觀分散的加工要求。

經(jīng)過(guò)宏觀攪拌與分散后的漿料，在超細(xì)分散均質(zhì)設(shè)備的強(qiáng)烈機(jī)械切割力作用下，能夠?qū)⑷芤褐械奈⒓?xì)粉團(tuán)或固體顆粒團(tuán)聚體進(jìn)一步打散和均質(zhì)，得到足夠細(xì)小的固體顆粒，并均勻分布于溶液中，達(dá)到微觀超細(xì)分散均質(zhì)的作用，可顯著提高漿料綜合性能。