鋰電池配料基礎(chǔ)教程

一、電極的組成：

1、正極組成：

a、鈷酸鋰：正極活性物質(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)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。

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(xiàn)：由鋁箔或鋁帶制成。

2、負(fù)極組成：

a、石墨：負(fù)極活性物質(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(lèi)。

b、導(dǎo)電劑：提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。

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、水性粘合劑：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(xiàn)：由銅箔或鎳帶制成。

二、配料目的：

配料過(guò)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，保證極片的一致性。配料大致包括五個(gè)過(guò)程，即：原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。

三、配料原理：

（一）、正極配料原理

1、原料的理化性能。

（1）鈷酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8μm，含水量≤0.2%，通常為堿性，pH值為10-11左右。

錳酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，pH值為8左右。

（2）導(dǎo)電劑：非極性物質(zhì)，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值~300，粒徑一般為2-5μm；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；通常為中性。

（3）pVDF粘合劑：非極性物質(zhì)，鏈狀物，分子量從300，000到3，000，000不等；吸水后分子量下降，粘性變差。

（4）NMp：弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹pVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。

2、原料的預(yù)處理

（1）鈷酸鋰：脫水。一般用120oC常壓烘烤2小時(shí)左右。

（2）導(dǎo)電劑：脫水。一般用200oC常壓烘烤2小時(shí)左右。

（3）粘合劑：脫水。一般用120-140oC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)電性。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(kāi)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(lái)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(shuō)來(lái)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)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。

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、原料的理化性能。

（1）石墨：非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(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）水性粘合劑（SBR）：小分子線(xiàn)性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。

（3）防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。

（4）異丙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；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：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑線(xiàn)性交鏈，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)性。

2、原料的預(yù)處理：

（1）石墨：A、混合，使原料均勻化，提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角（有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低）。

（2）水性粘合劑：適當(dāng)稀釋?zhuān)岣叻稚⒛芰Α?br/>
3、摻和、浸濕和分散：

（1）石墨與粘合劑溶液極性不同，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，提高分散性。

（4）分散過(guò)程為減少極性物與非極性物距離，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)性，降低分散難度。

（5）攪拌過(guò)程如加入真空脫氣過(guò)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、配料注意事項(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(guò)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，以免沉淀或均勻性降低；

6、需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料性質(zhì)變化；

7、攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短以設(shè)備性能、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(wú)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(guò)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(zhuān)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。