剖析充電機充電鋰電池電極漿料性質及關鍵影響因素
2017-8-25 10:40:22??????點擊：
充電機充電鋰電池電極漿料是充電機充電電池的開頭，也是最重要的環節。電極漿料觸及的內容許多，包含資料學、顆粒學、流體力學、物理學等多學科的內容。漿料質量的好壞，盡管只用粘度、固含量、粒度等參數表明，可是其影響要素卻許多，這也是我遲遲不敢總結的原因。其實，透過現象看實質，了解影響漿料性質的中心，必定能對癥下藥，處理不良漿料的難題。
充電機充電鋰離子電池的出產制作，是由一個個工藝步驟嚴密聯絡起來的進程。全體來說，充電機充電鋰電池的出產包含極片制作工藝、充電機充電電池拼裝工藝以及最終的注液、預充、化成、老化工藝。在這三個階段的工藝中，每道工序又可分為數道要害工藝，每一步都會對充電機充電電池最終的功能構成很大的影響。
在極片制作工藝階段，可細分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片枯燥五道工藝。在充電機充電電池拼裝工藝，又依據充電機充電電池規格型號的不同，大致分為卷繞、入殼、焊接等工藝。在最終的注液階段又包含注液、排氣、封口、預充、化成、老化等各個工藝。極片制作工序是整個充電機充電鋰電池制作的中心內容，聯系著充電機充電電池電化學功能的好壞，而其間漿料的好壞又顯得尤為重要。
一、漿料基本理論
充電機充電鋰離子電池電極漿料是流體的一種，一般流體能夠分為牛頓流體和非牛頓流體。其間，非牛頓流體又可分為脹塑性流體、依時性非牛頓流體、假塑性流體和賓漢塑性流體等幾種。牛頓流體是指在受力后極易變形，且切應力與變形速率成正比的低粘性流體。任一點上的剪應力都同剪切變形速率呈線性函數聯系的流體。天然界中許多流體是牛頓流體。水、酒精等大多數純液體、輕質油、低分子化合物溶液以及低速活動的氣體等均為牛頓流體。
非牛頓流體，是指不滿意牛頓黏性試驗定律的流體，即其剪應力與剪切應變率之間不是線性聯系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、出產和大天然之中。高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。絕大多數生物流體都歸于現在所界說的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的“半流體”都歸于非牛頓流體。
電極漿料是一種是由多種不同比重、不同粒度的質料組成，又是固-液相混合渙散，構成的漿料歸于非牛頓流體。充電機充電鋰電池漿料又可分為正極漿料和負極漿料兩種，因為漿料系統（油性、水性）不同，其性質必千差萬別?？墒牵袆e漿料的性質無非以下幾個參數：
1.漿料的粘度
粘度是流體粘滯性的一種丈量，是流體活動力對其內部沖突現象的一種表明。液體在活動時，在其分子間發作內沖突的性質，稱為液體的黏性，粘性的巨細用黏度表明，是用來表征液體性質相關的阻力因子。粘度又分為動力黏度和條件粘度。
粘度的界說為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體。今對上板施加一推力F，使其發作一速度改動du。因為液體的粘性將此力層層傳遞，各層液體也相應運動，構成一速度梯度du/dr，稱剪切速率，以r′表明。F/A稱為剪切應力，以τ表明。剪切速率與剪切應力間具有如下聯系：
(F/A)=η(du/dr)
牛頓流體契合牛頓公式，粘度只與溫度有關，與切變速率無關，τ與D為正比聯系。
非牛頓流體不契合牛頓公式τ/D=f(D)，以ηa表明必定(τ/D)下的粘度，稱表觀粘度。非牛頓液體的粘度除了與溫度有關外，還與剪切速率、時刻有關，并有剪切變稀或剪切變稠的改動。
2.漿料性質
漿料是一種非牛頓流體，是固液混合流體，為了滿意后續涂布工藝的要求，漿料需求具有以下三個特性：
①好的活動性?；顒庸δ軌蚪涍^攪動漿料，讓其天然流下，調查其連續性。連續性好，不時斷時續則闡明活動性好?；顒有耘c漿料的固含量和粘度有關，
②流平性。漿料的流平性影響的是涂布的平整度和均勻度。
③流變性。流變性是指漿料在活動中的形變特征，其性質好壞影響著極片質量的好壞。
3.漿料渙散根底
充電機充電鋰離子電池的電極制作，正極漿料由粘合劑、導電劑、正極資料等組成；負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負極漿料的制備都包含了液體與液體、液體與固體物料之間的彼此混合、溶解、渙散等一系列工藝進程，并且在這個進程中都伴隨著溫度、粘度、環境等改動。充電機充電鋰離子電池漿料的混合渙散進程能夠分為微觀混合進程和微觀渙散進程，這兩個進程一直都會伴隨著充電機充電鋰離子電池漿料制備的整個進程。漿料的制備一般會經過以下幾個階段：
①干粉混合。顆粒之間以點點、點面、點線方法觸摸，
②半干泥狀捏合階段。此階段在干粉混合均勻之后，參加粘結劑液體或溶劑，原資料被潮濕、呈泥狀。經過拌和機的強力拌和，物料遭到機械力的剪切和沖突，一起顆粒之間也會有內沖突，在各個作用力下，質料顆粒之間趨于高度渙散。此階段關于制品漿料的粒度和粘度有至關重要的影響。
③稀釋渙散階段。捏合完結之后，緩慢參加溶劑調理漿料粘度和固含量。此階段渙散與聚會共存，并最終達到安穩。在這個階段物料的渙散首要受機械力、粉液間沖突阻力、高速渙散剪切力、漿料與容器壁碰擊彼此作用力的影響。
二、影響漿料性質的參數剖析
合漿后的漿料需求具有較好的安穩性，這是充電機充電電池出產進程中確保充電機充電電池一致性的一個重要目標。隨著合漿完畢，拌和中止，漿料會呈現沉降、絮凝集并等現象，發作大顆粒，這會對后續的涂布等工序形成較大的影響。表征漿料安穩性的首要參數有活動性、粘度、固含量、密度等。
1. 漿料的粘度
電極漿料需求具有安穩且恰當的粘度，其對極片涂布工序具有至關重要的影響。粘度過高或過低都是不利于極片涂布的，粘度高的漿料不容易沉積且渙散性會好一點，可是過高的粘度不利于流平作用，不利于涂布；粘度過低也是欠好的，粘度低時盡管漿料活動性好，但枯燥困難，下降了涂布的枯燥功率，還會發作涂層龜裂、漿料顆粒聚會、面密度一致性欠好等問題。
在我們出產進程中經常呈現的問題是粘度呈現改動，而這兒的“改動”又可分為：瞬時改動和停止改動。瞬時改動是指在粘度測驗進程中心就呈現了劇烈的改動，停止改動是指漿料停止放置一段時刻后粘度呈現改動。粘度的改動或高或低，或時高時低。一般來說，影響漿料粘度的要素首要有拌和漿料的轉速、時刻操控、配料順序、環境溫濕度等。要素許多，當我們遇見粘度改動時應該怎樣剖析處理呢？漿料的粘度實質上，是由粘結劑決議性影響的。設想，沒有粘結劑PVDF/CMC/SBR（如圖2、3），或許粘結劑沒有很好的將活物質組合起來，固體活物質會與導電劑構成具有均勻涂覆的非牛頓流體嗎？不會！所以，剖析處理漿料粘度改動的原因，要從粘結劑的實質及漿料渙散程度上著手。
（1）粘度升高
不同的漿料系統具有不同的粘度改動規則，現在干流的漿料系統是正極漿料PVDF/NMP油性系統，負極漿料是石墨/CMC/SBR水性系統。
①正極漿料在放置一段時刻后粘度升高。其原因一（短時刻放置）是漿料拌和速度過快，粘結劑未充沛溶解，放置一段時刻后PVDF粉末充沛溶解，粘度升高。一般來說，PVDF需求至少3個小時才干充沛溶解，無論多快的拌和速度都無法改動這一影響要素，所謂“欲速則不達”。原因之二（長時刻放置）是漿料靜置進程中，膠體由溶膠狀況變為凝膠狀況，此刻如果對其進行慢速勻漿，其粘度能夠康復。原因之三是膠體與活物質、導電劑顆粒之間構成了一種特殊的結構，此狀況是不可逆的，漿料粘度升高后無法康復。
②負極漿料粘度升高。負極漿料粘度升高首要是由粘結劑分子結構被損壞引起的，分子鏈開裂后被氧化后漿料粘度升高。如果物料被過度渙散，顆粒粒徑發作較大的下降，也會添加漿料的粘度。
（2）粘度下降
①正極漿料粘度下降。原因之一，粘結劑膠體發作了性狀的改動。改動的原因多種多樣，如漿料傳輸進程中遭到強剪切力、粘結劑吸收水分發作質變、拌和進程中導致結構發作改動、本身發作降解等。原因之二，拌和渙散不均勻導致漿猜中固體物質大面積沉降。原因之三，拌和進程中粘結劑遭到設備和活物質的強剪切力和沖突力，在高溫狀況下發作性狀改動，形成粘度下降。
②負極漿料粘度下降。原因之一CMC中混有雜質，CMC中的雜質大多是難溶性高分子樹脂，當CMC與鈣、鎂等混溶時，會下降其粘度。原因之二CMC是羥甲基纖維素鈉，其首要是C/O的結合，鍵強很弱極易被剪切力損壞，當拌和速度過快或時刻太長時有可能損壞CMC的結構。CMC在負極漿猜中起到增稠和安穩的作用，一起對原資料的渙散起重要的作用，其結構一旦發作損壞，必定引起漿料沉降，粘度下降。原因之三是SBR粘結劑的損壞。在實踐出產中一般挑選CMC和SBR協同作業，此二者的作用各不相同。SBR首要起到粘結劑的作用，可是其在長時刻拌和下極易發作破乳，導致粘結性失效，漿料粘度下降。
（3）特殊狀況（果凍狀及時高時低）
在正極漿料制備進程中有時候會呈現漿料變成“果凍”的狀況。這種狀況的原因首要有二：其一，水分?？紤]活物質吸潮、拌和進程水分操控欠好，原資料吸收水分后或許拌和環境濕度較高，導致PVDF吸收水分變成果凍狀。其二，漿料或資料的pH值。pH值越高，對水分的操控就要求更嚴厲，尤其是NCA 、 NCM811等高鎳資料的拌和。
漿料粘度忽高忽低，原因之一可能是漿料測驗進程中未徹底安穩下來，漿料粘度受溫度的影響很大。尤其是被高速渙散之后，漿料內部溫度存在必定的溫度梯度，取樣不同粘度也不盡相同。原因之二是漿料的渙散性差，活物質、粘結劑、導電劑沒有杰出的渙散開，漿料就沒有好的活動性，天然漿料粘度忽高忽低。
2. 漿料的粒度
在合漿之后，需求對其粒度進行丈量，粒度丈量的方法一般選用刮板法。粒度是表征漿料質量的一個重要參數，粒度巨細關于涂布工序、輥壓工序以及充電機充電電池功能有重要影響，理論上來說漿料粒度越小越好。當顆粒粒徑過大時，漿料的安穩性會遭到影響，呈現沉降、漿料一致性不良等。在揉捏式涂布進程中會呈現堵料、極片枯燥后麻點等狀況，形成極片質量問題。在后續的輥壓工序中，涂布不良處因為受力不均，極易形成極片開裂、部分微裂紋，這對充電機充電電池的循環功能、倍率功能和安全功能形成了極大的損害。
正負極活物質、粘接劑、導電劑等主資料粒徑巨細不一，密度不同，在拌和進程中會呈現混合、揉捏、沖突、聚會等多種不同的觸摸方法。在原資料被逐步混勻、被溶劑潮濕、大塊物料破裂和逐步趨于安穩這幾個階段中，會呈現物料混合不勻、粘接劑溶解不良、細顆粒嚴峻聚會、粘接劑性狀發作改動等狀況，就會導致大顆粒的發作。
當我們弄明白顆粒呈現的原因時就要對癥下藥，處理這些問題。關于物料干粉混合，個人覺得拌和機速度對干粉混合程度影響不大，可是兩者需求滿足的時刻來確保干粉的混勻?，F在有的廠家挑選粉狀粘接劑有的挑選液體溶解好的粘接劑，兩種不同的粘接劑決議了工藝的不同，選用粉狀粘結劑需求更長的時刻來進行溶解，不然在后期會呈現溶脹、回彈、粘度改動等。細顆粒之間的聚會不可避免，可是我們要確保物料之間有滿足大的沖突力，能夠促使聚會顆粒呈現揉捏、破碎，利于混合。這就需求我們操控好漿料不同階段的固含量，太低的固含量會影響顆粒之間的沖突渙散。
3. 漿料的固含量
漿料的固含量和漿料安穩性休戚相關，同種工藝與配方，漿料固含量越高，粘度越大，反之亦然。在必定范圍內，粘度越高，漿料安穩性越高。我們規劃充電機充電電池時，一般從充電機充電電池容量反推卷芯厚度再到極片的規劃，那么極片規劃只是與面密度、活物質密度、厚度等參數有關。極片的參數是經過涂布機和輥壓機對其進行調整的成果，漿料的固含量對其并無直接影響。那么，漿料固含量的凹凸是不是就無關緊要呢？
（1）固含量關于進步拌和功率和涂布功率具有必定影響。固含量越高，漿料拌和時刻越短，所耗溶劑越少，涂布枯燥功率越高，節省時刻。
（2）固含量對設備有必定的要求。高固含量漿料對設備的損耗較高，因為固含量越高，設備磨損越嚴峻。
（3）高固含量的漿料安穩性更高，部分漿料安穩性測驗成果表明（如下圖），慣例拌和的TSI(不安穩性指數)1.05要高于高粘度拌和工藝TSI值0.75，所以高粘度拌和工藝所取得的漿料安穩性要優于慣例拌和工藝?？墒歉吖毯康臐{料也會影響其活動性，十分應戰涂布工序的設備和技術人員。
（4）高固含量的漿料能夠削減涂層間厚度，下降充電機充電電池內阻。
4. 漿料密度
漿料的密度是反應漿料一致性的重要參數，經過測驗不同方位的漿料密度能夠驗證漿料的渙散作用。在這就不多贅述，經過以上的總結，信任大家制備出杰出的電極漿料。
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