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(bǔ)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(bǔ)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)左右,。
(2) 導(dǎo)電劑:脫水,。一般用200 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。
(3) 粘合劑:脫水,。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時(shí)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(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中,球磨時(shí)間一般為2小時(shí)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(shí)間的推移,,將會(huì)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(zhēng)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(rùn)濕角≤90度,固體浸濕,。 當(dāng)潤(rùn)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(duì)容易,。
(2) 分散方法對(duì)分散的影響:
A、 靜置法(時(shí)間長(zhǎng),,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(shí)間短,效果佳,,但有可能損傷個(gè)別 材料的自身結(jié)構(gòu)),。
1、攪拌槳對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大,。
3、濃度對(duì)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(fèi)和漿料沉淀的加重,。
4,、濃度對(duì)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(duì)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(duì)分散速度的影響。適宜的溫度下,,漿料流動(dòng)*好,、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮,,太冷漿料的流動(dòng)*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(shí)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(dòng),。
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(rùn)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(shì)能或表面能,,所以為吸熱反應(yīng),,攪拌時(shí)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(shí)提高流動(dòng)*,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(shí)注意事項(xiàng):
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(zhǎng)時(shí)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(shí)間的長(zhǎng)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(duì)漿料進(jìn)行過篩,,除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶,;
9、 對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn),,確保其掌握專業(yè)知識(shí),,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?yàn)閺牟牧系奶暨x,、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(shí)更正,。