说一说锂电池电芯浆料制作方法与工艺

2020-10-21 18:42:51 1

锂电池电芯料浆拌和是混和分散化加工工艺在锂离子电池的全部生产工艺流程中对商品的质量影响力超过30%,是全部生产工艺流程中最重要的阶段。


锂离子电池的电级生产制造,正级料浆由黏合剂、导电性剂、电池正极材料等构成;负级料浆则由黏合剂、高纯石墨炭粉等构成。正、负级料浆的制取都包含了液體与液體、液體与固态原材料中间的互相混和、融解、分散化等一系列加工工艺全过程,并且在这个全过程上都随着着溫度、黏度、自然环境等转变。在正、负级料浆中,颗粒活性物质的分散性和匀称性立即响到锂离子在电池两方面间的健身运动,因而在锂离子电池生产制造中各极片原材料的料浆的混和分散化尤为重要,料浆分散化品质的优劣,立即危害到事后锂离子电池生产制造的品质以及商品的特性。


在传统手工艺上再开展极细分散化,这是由于:根据传统式混和与搅拌机械,只可以将水溶液中的大粉团打撒,并分布均匀;可是,粉体设备形状是以细小粉团形状存于水溶液当中,仅考虑了宏观经济分散化的生产加工规定。历经宏观经济拌和与分散化后的料浆,在极细分散化匀质机器设备的明显机械设备激光切割力功效下,可以将水溶液中的细小粉团或固态颗粒物团圆体进一步打撒和匀质,获得充足细微的固态颗粒物,并分布均匀于水溶液中,做到外部经济极细分散化匀质的功效,可明显提升 料浆综合型能。


现阶段传统式料浆加工工艺是:


(一)调料:


1.水溶液配置:

a)PVDF(或CMC)与有机溶剂NMP(或双蒸水)的混和占比和称重;

b)水溶液的拌和時间、拌和頻率和频次(及水溶液外表温度);

c)水溶液配置进行后,对水溶液的检测:黏度(检测)融解水平(估测)及闲置時间;

d)负级:SBR+CMC水溶液,拌和時间和頻率。


2.活性物质:

a)称重和混和时监管混和占比、总数是不是恰当;

b)球磨机:正负的球磨机時间;球磨机桶内玛瑙石珠与错料的占比;玛瑙石球广州中山大学球与圆球的占比;

c)烤制:烤制溫度、時间的设定;烤制进行后制冷后检测溫度。

d)活性物质与水溶液的混和拌和:拌和方法、拌和時间和頻率。

e)筛粉:过100目(或150目)碳分子筛。

f)检测、检测:

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对料浆、错料开展下列检测:含固量、黏度、错料粒度、振实密度、料浆相对密度。


除开确立制做的传统手工艺外,还必须掌握锂电池料浆的基本概念。


胶体溶液基础理论


造成胶体溶液颗粒团圆的关键功效,是来源于颗粒间的分子间作用力,若要提升胶体溶液颗粒可靠性,则由2个方式,一是提升胶体溶液颗粒间的静电感应排斥力,二为使粉体设备间造成室内空间位阻,以这二种方法阻绝粉体设备的团圆。


非常简单的胶体溶液系统软件系由一分散介质与一相分散化媒体所组成,在其中分散介质限度范畴于10-9~10-6m间。胶体溶液内的化学物质存有于系统软件外需具备一定水平之上的分散化工作能力。依据有机溶剂与分散介质的不一样而可造成各种不同的胶体溶液特性,如:雾水即是液体分散化于汽体中之气胶、美白牙膏即固体高分子材料颗粒分散化在液體中的胶体溶液。


胶体溶液的运用在日常生活中数不胜数,而胶体溶液的物理学特点需视分散介质与助悬剂的不一样而有一定的差别。从外部经济角度看胶体溶液,胶体溶液颗粒并不是处在稳定情况,只是在物质内任意健身运动,这就是大家所指的布朗运动(Brownianmotion)。绝对零度之上,胶体溶液颗粒均会因热运动而产生布朗运动,这就是外部经济胶体溶液的动力学模型特点。胶体溶液颗粒因布朗运动而造成撞击,是为团圆(aggregate)产生的突破口,而胶体溶液颗粒在热学上处在不稳定情况,因此颗粒间的配对t检验力为分散化的首要条件之一。


双电层基础理论


双电层基础理论能用以表述胶体溶液中感应起电正离子的遍布情况,及其颗粒表层所造成的电位差难题。十九世纪Helmholtz明确提出平行面电力电容器实体模型以叙述双电层构造,简易的假定颗粒带负电荷,且表层好似电力电容器中的电级,水溶液含有正电荷的反离子因异正电荷异性相吸而吸咐在颗粒表层。殊不知这一基础理论却忽视了感应起电正离子会因为热运动造成外扩散个人行为。


因而,在20世纪初Gouy与Chapman明确提出外扩散双电层实体模型,在水溶液中的反离子会因为静电引力吸咐于自由电子表层,另外遇热健身运动危害而在颗粒周边外扩散。因而,反离子在水溶液中的遍布浓度值将随颗粒表层的间距提升而降低。1924年,史特恩(Stern)将平行面电力电容器与外扩散双电层二种实体模型多方面融合,以叙述双电层构造。Stern觉得反离子会在颗粒表层产生密不可分的吸咐层,亦称Sternlayer,伴随着与颗粒表层间距提升,颗粒的电位差会展现线形降低,另外Sternlayer外亦有外扩散层的存有,而且颗粒于外扩散层中的电位差会随间距提升而指数值降低。


下面的图为Stern双电层实体模型,zeta电位差(ξ,Zetapotential)为双电层实体模型中关键的主要参数,具体精确测量时并没法立即测得颗粒的表层电位差,但可由声波频率法或者电泳原理法测算出颗粒的zeta电位差。双电层实体模型中Stern层与外扩散固层的裁切平面图上存有zeta电位差。


zeta电位差与胶体溶液的分散化可靠性有紧密的关联,当zeta电位差愈大时,胶体溶液颗粒表层上的静电作用愈多,当颗粒于溶液中的zeta电位差做到±25~30mV之上时,胶体溶液有充足的静电感应排斥力摆脱颗粒间的分子间作用力以保持胶体溶液可靠性。

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Stern双电层实体模型


DLVO基础理论


1940-1948年,由Deryagin、Landau、Verwey、Overbeek创建胶体溶液颗粒互相贴近时的动能转变及对胶体溶液可靠性危害的有关基础理论,通称DLVO基础理论。其基础理论关键叙述胶体溶液颗粒间隔与动能转变的关联,此功效动能是胶体溶液双电层重迭的正电荷抵触能与分子间作用力加持下的結果。


下面的图为DLVO平面图,表明胶体溶液颗粒中间存有诱惑力与排斥力,这二种功效力的大小决策胶体溶液的可靠性,颗粒间的诱惑力为关键功效,则颗粒将造成团圆;而排斥力超过诱惑力的情况下,则可防止颗粒凝聚力而维持胶体溶液的可靠性。


由DLVO曲线图,当颗粒中间的间距越来越短,颗粒最先会造成诱惑力,若颗粒相互再不断挨近时,则将促使颗粒中间造成排斥力,而若颗粒翻过抵触能障,则会迅速造成团圆。因而为了更好地促使胶体溶液内的颗粒分散化可靠性提升 ,务必提升 颗粒间排斥力,以防止颗粒间造成团圆。

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DLVO平面图


胶体溶液的平稳体制


胶体溶液颗粒因为具备高表面而趋向团圆情况,为使胶体溶液系统软件具备分散化可靠性,务必提升 颗粒间的排斥力。胶体溶液间的平稳体制一般可分成三种:


1)静电感应平稳体制(Electrostaticstabilization)

2)立体式阻碍(Sterichindrance)

3)静电感应立体式平稳功效(Electrostericstabilization),平稳体制如下图所显示:

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(a)静电感应排斥力、(b)立体式阻碍、(c)静电感应立体式阻碍


静电感应平稳体制是运用颗粒的表层正电荷所导致的排斥力,当颗粒相互因诱惑力贴近时,导致胶体溶液颗粒的双电层重迭,因为颗粒表层带男同正电荷,因而造成排斥力。


殊不知静电感应平稳体制易受水溶液系统软件中的电解质溶液浓度值危害,当水溶液内的电解质溶液浓度值过高时将导致颗粒表层双电层缩小,反倒导致颗粒的凝聚力。立体式阻碍的平稳体制是运用高分子材料吸咐于胶体溶液颗粒表层,其功效会造成二种不一样的效用提高颗粒间的排斥力:


1)渗透浓度效用(OsmoticEffect)

是当两胶体溶液颗粒贴近时,高分子材料长链吸咐于颗粒表层或水溶液内的残留高分子材料会介在颗粒中间,这时颗粒间的高分子材料浓度值持续提升 将造成渗透浓度的转变,周边物质进到两颗粒中间,排除相互间距,而做到分散化平稳的实际效果。


2)室内空间限定效用(Volumerestrictioneffect)

为吸咐于粒上表层的高分子材料具备一定的室内空间阻拦,当颗粒间距减少,因为高分子材料并没法透过颗粒,高分子材料将造成缩小,导致延展性活化能升高,因此排除颗粒,做到分散化的实际效果。


相比于静电感应平稳体制,高分子材料立体式阻碍具备很多优势。静电感应平稳体制很容易受环境危害而丧失实际效果,没法运用于高电解质溶液自然环境或者有机化学系统软件水溶液。


殊不知高分子材料立体式阻碍对电解质溶液浓度值相对性不比较敏感,并且于溶液或在溶剂中具备相同的高效率,而且高分子材料立体式阻碍亦不因胶体溶液含固量而危害实际效果。高分子材料吸咐于胶体溶液颗粒表层时,即便造成团圆亦为软团圆,可简易的消除团圆状况,即便胶体溶液颗粒历经干躁程序流程,依然是能够再一次分散化于有机溶剂中。


因而立体式阻碍针对分散化可靠性的功效相对性较静电感应平稳效用高。静电感应立体式平稳功效则是另外具备静电感应平稳体制与立体式阻碍,颗粒表层所热聚合的高分子材料上含有正电荷,使二种不一样平稳体制加持,可让胶体溶液颗粒具备优良的分散化可靠性。

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