鋰電池電芯漿料攪拌

鋰電池電芯漿料攪拌是混合分散工藝在鋰離子電池的整個生產工藝中對產品的品質影響度大於30%，是整個生產工藝中最重要的環節。

基本介紹

• 中文名：鋰電池電芯漿料攪拌
• 配料：PVDF(或CMC)與溶劑NMP
• 影響度：大於30%
• 分子篩：150目

簡述

鋰離子電池的電極製造，正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成；負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負極漿料的製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程,而且在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、環境等變化。在正、負極漿料中，顆粒狀活性物質的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運動，因此在鋰離子電池生產中各極片材料的漿料的混合分散至關重要，漿料分散質量的好壞，直接影響到後續鋰離子電池生產的質量及其產品的性能。

鋰電池電芯漿料工藝

鋰電池電芯漿料傳統工藝

目前傳統漿料工藝是：

(一) 配料：

1.溶液配製：

a) PVDF(或CMC)與溶劑NMP（或去離子水）的混合比例和稱量；

b) 溶液的攪拌時間、攪拌頻率和次數（及溶液表面溫度）；

c) 溶液配製完成後,對溶液的檢驗:粘度(測試)\溶解程度(目測)及擱置時間;

d) 負極:SBR+CMC溶液,攪拌時間和頻率。

2.活性物質:

a) 稱量和混合時監控混合比例、數量是否正確；

b) 球磨：正負極的球磨時間；球磨桶內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、時間的設定；烘烤完成後冷卻後測試溫度。

d) 活性物質與溶液的混合攪拌：攪拌方式、攪拌時間和頻率。

e) 過篩：過100目（或150目）分子篩。

f) 測試、檢驗：

對漿料、混料進行以下測試：固含量、粘度、混料細度、振實密度、漿料密度。

鋰電池電芯漿料主流工藝

在傳統工藝上再進行超細分散，這是因為：通過傳統混合與攪拌設備，只能夠將溶液中的大粉團打散，並均勻分布；但是，粉體形態是以微細粉團形態存於溶液之中，僅滿足了巨觀分散的加工要求。

主流工藝與傳統工藝對比

經過巨觀攪拌與分散後的漿料，在超細分散均質設備的強烈機械切割力作用下，能夠將溶液中的微細粉團或固體顆粒團聚體進一步打散和均質，得到足夠細小的固體顆粒，並均勻分布於溶液中，達到微觀超細分散均質的作用，可顯著提高漿料綜合性能。

總結

現行的鋰離子電池漿料的製備都是在雙行星分散設備中完成的。儘管目前在小型電池生產技術上已日趨成熟，但目前鋰離子電池的生產過程中，電池的一致性控制仍然是鋰離子電池製作的技術難點，尤其是對於大容量、大功率的動力型鋰離子電池。另外，隨著鋰離子電池材料的不斷進步，原材料顆粒粒徑越來越小，這不僅提高了鋰離子電池性能，也非常容易形成二級團聚體，從而增加了混合分散工藝的難度。在鋰離子電池生產過程中，對電池電極結構的控制是關鍵，儘管很多鋰離子生產廠家對此未引起重視，採用不同結構的電極片生產的電池的自放電率、循環性、容量、一致性等都不同。

如何控制其電極片內部的微觀結構，是鋰離子電池生產過程的關鍵技術。所以在製備電極片過程中，必須控制好鋰離子電池漿料的混合分散質量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩定性。

鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為巨觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料製備的整個過程。而根據傳統工藝中的葉輪剪下——循環特性，可以把葉輪的作用分為兩大類，第一類是對葉輪附近產生的剪下作用；第二類則是通過葉輪泵出的流量產生循環作用。漿體的進一步分散作用主要依靠葉輪的剪下作用，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的區域，總會存在一層漿料始終停滯不動，這個區域也就是人們常說的“死區”，分散設備的工作區域越大，而且漿料黏度越高，“死區”的問題就越突出，就算採用不同的葉輪和結構，死區仍然難以避免，因此在鋰離子電池漿料的製備過程中，所製得的漿料產品就會出現混合分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發生硬性沉澱等一系列問題。漿體的流變性十分複雜．一種漿體在低濃度時可能表現為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產生絮團後，可能表現為賓漢流體；更高的濃度下又可能會出現脹塑性流體。

對同—種漿料，在剪下率不太高時，不出現脹流現象，剪下率高時又可能轉化為脹塑性流體。有些非牛頓流體在低剪下速率和高剪下速率下都可能呈現牛頓流體形象，這可能是因為在低剪下速率下，分子的無規則熱運動占優勢，體現不出剪下速率對其中物料重新排列使表觀粘度的變化，當剪下速率增高到一定限度後，剪下定向達到了最佳程度，因而也使表觀粘度不隨剪下速率而變。如前所述，許多非牛頓體其流變特性受到體系中結構變化的影響。

在超剪下分散設備中，作用於液體的能量一般相當集中，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。分散均勻的本質是使物料中分散相（固體顆粒、液滴等）受流體力學上的剪下作用和壓力作用破碎並分散。

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下力和壓力的共同作用。引起剪下力和壓力作用的具體流體力學效應主要有三種，它們分別是層流效應、湍流效應和空穴效應。層流效應的作用是引起固體分散相顆粒或液滴的剪下和拉長，湍流效應的作用是在壓力波動作用下引起固體分散相顆粒或液滴的隨意變形，而空穴效應的作用則是使形成的小氣泡瞬間破滅產生衝擊波，而引起劇烈攪動。

綜上所述，超剪下分散設備內物料的分散機理比較複雜，主要是以剪下作用起主導作用，而以其他作用為輔。漿體物料在高頻壓力波的作用下產生反覆的壓縮效應，同時又受到超剪下分散設備內窄小間隙內的剪下力和迴旋剪下力的強烈作用，如此綜合反覆的作用，被處理的漿料產生強烈的分散和粉碎作用，最終達到快速超細分散的目的。