鋰電池攪拌工藝知識
鋰電池攪拌工藝知識
01 鋰電攪拌概述
在鋰離子電池電化學反應過程中起主要作用的正負極活性物質通常是以薄極片的形式粘附在相似的薄集流體上,構成鋰離子電池的基本結構單元。而制造極片的首要步驟是要將活性物質和其它功能組分制成完全可塑的流體(即漿料),這一步驟就是攪拌。
在鋰離子電池行業,漿料攪拌是將活性物質、導電劑、分散劑、粘結劑、添加劑等功能組分以及溶劑按照一定的比例和順序加入到攪拌設備中,在設備產生的翻動、揉捏、剪切等機械作用下混合在一起,形成均勻穩定并適合涂布的固液懸浮體系。
02攪拌的要求和功能
攪拌的目的是為了制備漿料,而好的漿料必須滿足以下六點要求:
● 均勻性好;
● 分散性好;
● 穩定性好;
● 高固含量;
● 過濾順暢;
● 合適的粘度。
除了上述6條之外,某些時候對漿料還會有特殊的功能要求,如形成特定的微觀結構。例如,Binder或導電劑在活性物質顆粒表面形成包覆。
03攪拌過程三要素
在制備漿料的過程中,要想得到上述的好漿料,不管采用何種攪拌方式,都需要考慮攪拌工藝對材料施加的作用原理,歸納起來,就是三個關鍵要素:潤濕、分散、穩定。潤濕是指液體在與固體接觸時,沿固體表面擴展的現象,即液體取代氣體占據固體表面,又稱為液體潤濕固體。通常用接觸角來反映潤濕的程度。在液、固、氣三相的交界處作液體表面的切線與固體表面的切線(如圖),兩切線通過液體內部所成的夾角θ即稱為接觸角。當θ為銳角時,液體在固體表面上擴展,即液體潤濕固體;θ=0時,叫做完全潤濕;θ為鈍角時,液體表面收縮而不擴展,液體不潤濕固體,簡稱不潤濕;當θ=π時,稱為完全不潤濕。
鋰離子電池漿料攪拌常用的溶劑就是NMP和去離子水,而需要被潤濕的固體則是正負極活性物質、導電劑顆粒。當溶劑不能很好的自發潤濕固體時,例如去離子水和石墨,則可以看到浸入水中的石墨顆粒傾向于團聚(如圖),以保持固-固界面,并且顆粒之間還會保有薄層吸附氣體,形成固-氣界面。如果攪拌設備不能施加足夠的機械力,則團聚顆粒不能被分散開。即使用強機械力分散開,顆粒在運動靜置之前還是會再次團聚,即分散狀態不能穩定保持。反之,當溶劑能很好的自發潤濕固體時,例如NMP和石墨,NMP迅速排除石墨表面的氣體,形成固-液界面,將顆粒與顆粒之間隔離開來,自然而然就形成了分散狀態,不需要太強的機械力就能攪拌成均勻分散的狀態。