钴酸锂离子电池原材料混合配比方法

2020-08-20      1535 次浏览

(一)钴酸锂离子电池正极配料原理


1、原料的理化性能。


(1)钻酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为6-8um,含水量≤0.2%,通常为碱性,PH值为10-11左右。


锰酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为5-7um,含水量≤0.2%,通常为弱碱性,H值为8左右。


(2)导电剂:非极性物质,葡萄链状物,含水量3-6%,吸油值~300,粒径一般为2-5um;重要有普通碳黑、超导碳黑、石墨乳等,在大批量应用时一般选择超导碳黑和石墨乳复配;通常为中性。


(3)PVDF粘合剂:非极性物质,链状物,分子量从300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性变差。


(4)NMP:弱极性液体,用来溶解/溶胀PVDF,同时用来稀释浆料。


2、原料的预处理


(1)钻酸锂:脱水。一般用120。C常压烘烤2小时左右。


(2)导电剂:脱水。一般用200oC常压烘烤2小时左右。


(3)粘合剂:脱水。一般用120-140。C常压烘烤2小时左右,烘烤温度视分子量的大小决定。


(4)NMP:脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施,直接使用。


3、原料的掺和:


(1)粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。


(2)钻酸锂和导电剂球磨:使粉料初步混合,钻酸锂和导电剂粘合在一起,提高团聚用途和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中,球磨时间一般为2小时左右;为防止混入杂质,通常使用玛瑙球作为球磨介子。


4、干粉的分散、浸湿:


(1)原理:固体粉末放置在空气中,随着时间的推移,将会吸附部分空气在固体的表面上,液体粘合剂加入后,液体与气体开始争夺固体表面;假如固体与气体吸附力比与液体的吸附力强,液体不能浸湿固体;假如固体与液体吸附力比与气体的吸附力强,液体可以浸湿固体,将气体挤出。


当润湿角≤90度,固体浸湿。当润湿角90度,固体不浸湿。


正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿,所以正极粉料分散相对容易。


(2)分散方法对分散的影响:


A、静置法(时间长,效果差,但不损伤材料的原有结构);B、搅拌法;自转或自转加公转(时间短,效果佳,但有可能损伤个别材料的自身结构)。


1、搅拌桨对分散速度的影响。搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低的状态,效果佳。


2、搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高,分散速度越快,但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。


3、浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小,分散速度越快,但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。


4、浓度对粘结强度的影响。浓度越大,柔制强度越大,粘接强度越大;浓度越低,粘接强度越小。


5、真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出,降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。


6、温度对分散速度的影响。适宜的温度下,浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮,太冷浆料的流动性将大打折扣。


5、稀释。将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。


(二)、钴酸锂离子电池负极配料原理(大致与正极配料原理相同)


1、原料的理化性能。


(1)石墨:非极性物质,易被非极性物质污染,易在非极性物质中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新团聚。一般粒径D50为20um左右。


颗粒形状多样且多不规则,重要有球形、片状、纤维状等。


(2)水性粘合剂(SBR):小分子线性链状乳液,极易溶于水和极性溶剂。


(3)防沉淀剂(CMC):高分子化合物,易溶于水和极性溶剂。


(4)异丙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液的极性,提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡用途;易催化粘合剂网状交链,提高粘结强度。


乙醇:弱极性物质,加入后可减小粘合剂溶液的极性,提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡用途;易催化粘合剂线性交链,提高粘结强度(异丙醇和乙醇的用途从本质上讲是相同的,大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种)。


(5)去离子水(或蒸馏水):稀释剂,酌量添加,改变浆料的流动性。


2、原料的预处理:


(1)石墨:A、混合,使原料均匀化,提高一致性。B、300~400℃常压烘烤,除去表面油性物质,提高与水性粘合剂的相容能力,修圆石墨表面棱角(有些材料为保持表面特性,不允许烘烤,否则效能降低)。


(2)水性粘合剂:适当稀释,提高分散能力。


3、掺和、浸湿和分散:


(1)石墨与粘合剂溶液极性不同,不易分散。


(2)可先用醇水溶液将石墨初步润湿,再与粘合剂溶液混合。


(3)应适当降低搅拌浓度,提高分散性。


(4)分散过程为减少极性物与非极性物距离,提高势能或表面能,所以为吸热反应,搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度,使吸热变得容易,同时提高流动性,降低分散难度。


(5)搅拌过程如加入真空脱气过程,排除气体,促进固-液吸附,效果更佳。


(6)分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容,在三、(一)、4中有详细论述,在此不予详细解释。


4、稀释。将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。


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