鋰離子電池配料基本知識！(絕密資料)

鋰離子電池配料基本知識！(絕密資料)

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：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。
b、 導(dǎo)電劑：提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補償負(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：由銅箔或鎳帶制成。
二、 配料目的：
配料過程實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。配料大致包括五個過程，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6-8 μm，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5-7 μm，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 2-5 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，用來溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料。
2、 原料的預(yù)處理
（1） 鈷酸鋰：脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右。
（2） 導(dǎo)電劑：脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時左右。
（3） 粘合劑：脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時左右，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，提高團聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中，球磨時間一般為2小時左右；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，隨著時間的推移，將會吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開始爭奪固體表面；如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強，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，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。
當(dāng)潤濕角≤90度，固體浸濕。
當(dāng)潤濕角＞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容易。
（2） 分散方法對分散的影響：
A、 靜置法（時間長，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)（時間短，效果佳，但有可能損傷個別
材料的自身結(jié)構(gòu)）。
1、攪拌槳對分散速度的影響。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，但對材料自身結(jié)構(gòu)和對設(shè)備的損傷就越大。
3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費和漿料沉淀的加重。
4、濃度對粘結(jié)強度的影響。濃度越大，柔制強度越大，粘接強度
越大；濃度越低，粘接強度越小。
5、真空度對分散速度的影響。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、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動性將大打折扣。
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；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強度。
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；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強度（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，提高分散能力。
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） 分散過程為減少極性物與非極性物距離，提高勢能或表面能，所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時提高流動性，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：
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、 漿料不宜長時間擱置，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、 攪拌時間的長短以設(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行更換，無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進行調(diào)整，以免損傷設(shè)備；
8、 出料前對漿料進行過篩，除去大顆粒以防涂布時造成斷帶；
9、 對配料人員要加強培訓(xùn)，確保其掌握專業(yè)知識，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密，因為從材料的挑選、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；本人在此發(fā)表配料的基礎(chǔ)知識，旨在讓大家對配料的了解多一些，少走一些彎路；但因本人水平有限，難免有疏漏之處，希望大家多多批評指正。我也期望大家在工作中認(rèn)真研究，真誠交流，大膽創(chuàng)新，團結(jié)起來，共同促進中國鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。