摘要:在锂离子电池制造过程中,匀浆工序作为前段第一个步骤极其重要,其在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度是最重要的环节。不管匀浆何种工艺,最终正负极浆料基本上都是由正负极活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂和其他微量添加剂组成。
在锂离子电池制造过程中,匀浆工序作为前段第一个步骤极其重要,其在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度是最重要的环节。不管匀浆何种工艺,最终正负极浆料基本上都是由正负极活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂和其他微量添加剂组成。
电极浆料的混料工艺大概分为三种:(1)球磨工艺:早先日韩锂电池制造有过应用,方法是将所有粉料混合加入到球磨机中,利用球磨机中陶瓷球的摩擦力将粉料研碎混匀,该方法耗时长、效果差已被淘汰;(2)湿法匀浆工艺:基本过程为溶胶-混合导电剂-活性物质-稀释。这是目前国内的主流工艺。(3)干法混料工艺,基本过程为活性物质、导电剂和黏结剂干粉混合-加入适量溶剂润湿-加入溶剂高速分散破碎-稀释调节粘度。
对电池浆料的要求,最终是满足电池的电化学性能,表观为分散均匀性,无分散不均、团聚沉降现象。同时也要有良好的流变特性,满足极片涂布工艺的要求,并得到厚度均一的涂层。对浆料表征一般有:固含量、黏度、细度等。
最常用的干法混料工艺过程为:(1)活性物质、导电剂、粘结剂粉体一起加入搅拌釜,开启搅拌机进行干粉混合;(2)加入适量溶剂,对粉体颗粒进行润湿,使颗粒表面吸附溶剂,同时在这种高粘度下搅拌,开始形成大的剪切力作用,充分混匀润湿粉体颗粒;(3)继续加入溶剂,高速剪切力作用下对颗粒团聚体进行分散,使导电剂均匀分布;(4)继续加入溶剂,稀释浆料,调节粘度使之适合涂布工艺。
其中,粉体的润湿是工艺的核心步骤,溶剂的量存在一个临界点,若溶剂偏少,不足以润湿全部粉料,那么干粉必然成团,后续想将其打开有一定难度;而且,过干的情况下,双行星搅拌机中,浆料容易“爬杆”,并不能起到搅拌的效果;如果溶剂偏多,浆料很容易流动,搅拌桨的剪切力作用效果减小,而且,捏合搅拌也起不到粉碎团聚的作用。实际浆料的效果都可以用细度和粘度来判断:相同条件下,粘度越小,细度越小,证明分散效果越佳。
实时理论上,干法混料工艺显著缩短了搅拌工艺时间,并且浆料稳定性和分散均匀性也更好。但是,干法匀浆工艺相比湿法匀浆有两点不足:
1、设备需求高:由于干法混料是固固混合,搅拌所需剪切力非常大,对设备功率、设计结构和转速及稳定性要求较高。在一定程度上加大了难度和成本;
2、工艺控制难:干法搅拌工艺中,搅拌转速和搅拌时间,不同阶段溶剂量选择都是重要关键品质控制点,而这又与原料的颗粒大小、尺寸分布、比表面积等关系密切,这些参数稍有变化,相应的溶剂量和搅拌工艺条件也需要作出调整。特别是第一步加入的溶剂量的控制:加入溶剂量过多,颗粒团聚体不容易分散,出现浆料细度大、导电剂分布不均匀的品质问题。而如果第一步加入的溶剂过少,润湿搅拌作用力大,粘结剂也无法充分分散溶解或者出现粘结剂长链被破坏的情况,导致浆料粘度和稳定性出现问题。
那么究竟湿法和干法匀浆哪个更好?结论是各有利弊,要看工厂设备先进和自动化程度以及生产技术品质管理水平,以及产能出货量等。像CATL、SVOLT、LG、EVE等高精尖一线龙头企业,各方面完全具备实力和条件,干法工艺基本首选。而某些二三线中小型企业,更适合湿法匀浆。
来源:小猪的美食铺一点号