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鋰電池漿料制備工藝及控制點

文章來源:PNAS普納斯能源官網 人氣:553 發(fā)表時間:2025-01-07 14:43:05
一、鋰電池漿料的組成 鋰電池漿料主要由活性物質(正負極材料)、導電劑、粘結劑和溶劑組成。 (一)活性物質 正極為鋰金屬氧化物,如鈷酸鋰(LiCoO?)、磷酸鐵鋰(LiFePO?)、三元材料(LiNi?-x...
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一、鋰電池漿料的組成


鋰電池漿料主要由活性物質(正負極材料)、導電劑、粘結劑和溶劑組成。


(一)活性物質


正極為鋰金屬氧化物,如鈷酸鋰(LiCoO?)、磷酸鐵鋰(LiFePO?)、三元材料(LiNi?-x-yCoxMnyO?)等;負極為石墨、硅基材料等。


(二)導電劑


常用的導電劑有炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管等,其作用是提高電極的導電性。


(三)粘結劑


粘結劑用于將活性物質和導電劑粘結在集流體上,常用的粘結劑有聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丁苯橡膠(SBR)等。


(四)溶劑


溶劑用于溶解粘結劑,常見的溶劑有 N-甲基吡咯烷酮(NMP)、去離子水等。


二、鋰電池漿料制備的工藝流程


(一)物料預處理


對活性物質、導電劑和粘結劑進行干燥、篩分等預處理,以去除雜質和水分,保證物料的純度和粒度分布均勻。


(二)漿料混合


將活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑按照一定的比例加入攪拌容器中,進行初步混合?;旌戏绞酵ǔS袡C械攪拌、磁力攪拌和超聲攪拌等。


(三)高速分散


在初步混合的基礎上,采用高速分散設備(如行星式分散機、砂磨機等)對漿料進行進一步的分散,以打破團聚體,使各組分均勻分散。


(四)脫泡處理


在漿料制備過程中會引入氣泡,影響涂布質量,因此需要進行脫泡處理。常用的脫泡方法有真空脫泡、離心脫泡等。


(五)漿料過濾


通過過濾去除漿料中的大顆粒雜質和團聚物,保證漿料的細度和均勻性。


三、鋰電池漿料制備的關鍵參數


(一)固含量


固含量是指漿料中固體物質的質量分數。合適的固含量可以保證漿料的涂布性能和電池的容量。一般來說,正極漿料的固含量在 50% - 70%之間,負極漿料的固含量在 40% - 60%之間。


(二)粘度


粘度是衡量漿料流動性的重要參數。粘度太高會導致涂布困難,粘度太低則會影響漿料的穩(wěn)定性和涂布厚度的一致性。通常,正極漿料的粘度在 4000 - 8000 mPa·s 之間,負極漿料的粘度在 1000 - 5000 mPa·s 之間。


(三)細度


細度是指漿料中固體顆粒的粒徑大小。較小的顆粒粒徑有助于提高電池的性能,但過度細化會增加制備成本。一般要求漿料中顆粒的粒徑分布在一定范圍內,如 D50 在 1 - 10 μm 之間。漿料粒度測試—刮板細度計。


(四)pH 值


對于水系漿料,pH 值會影響粘結劑的穩(wěn)定性和活性物質的表面化學性質。通常需要將漿料的 pH 值控制在一定范圍內,以保證漿料的穩(wěn)定性和性能。


四、鋰電池漿料制備的影響因素


(一)攪拌速度和時間


攪拌速度和時間直接影響物料的混合均勻程度和分散效果。攪拌速度過低或時間過短,物料不能充分混合和分散;攪拌速度過高或時間過長,可能會破壞物料的結構,產生過多的熱量,甚至導致粘結劑的降解。


(二)溫度


溫度對漿料的制備過程也有重要影響。較高的溫度可以降低漿料的粘度,提高物料的分散性,但溫度過高可能會導致溶劑揮發(fā)、粘結劑老化等問題。


(三)加料順序


加料順序會影響漿料的性能。一般來說,先加入溶劑和粘結劑,使其充分溶解和分散,然后再加入活性物質和導電劑,可以獲得較好的效果。


(四)設備選型


不同的攪拌、分散和脫泡設備具有不同的性能和特點,選擇合適的設備對于保證漿料的制備質量至關重要。


五、鋰電池漿料制備的質量控制


(一)在線檢測


采用在線粘度計、粒度分析儀等設備對漿料的關鍵參數進行實時監(jiān)測,及時調整工藝參數,保證漿料質量的穩(wěn)定性。


(二)離線檢測


定期對漿料進行取樣,進行離線的粘度、細度、固含量等檢測,與標準值進行對比,評估漿料的質量。


(三)涂布性能評估


通過實際涂布實驗,觀察漿料的涂布效果,如涂布厚度的均勻性、表面平整度等,評估漿料的涂布性能。


六、結論


鋰電池漿料的制備是一個復雜而關鍵的過程,涉及到多種因素的綜合影響。通過合理控制物料的比例、優(yōu)化工藝流程和參數、選擇合適的設備以及加強質量控制,可制備出性能優(yōu)良、穩(wěn)定性高的鋰電池漿料,為提高鋰電池的性能和一致性奠定基礎。

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