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漿料的各項指標對鋰電池穩(wěn)定性影響有多大?

2022-12-19 17:46 作者:粉體圈  | 我要投稿

在電動汽車領(lǐng)域,由于鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓大、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點,因此是主流的動力電池選擇。在它的制造過程中,正極漿料/負極漿料的制作是電芯生產(chǎn)制造工藝的基礎(chǔ),是決定電極片能夠達到電芯設(shè)計要求的重要工序之一。

由于汽車電池是一種由多個單體鋰離子電池串聯(lián)或并聯(lián)而組成的,由于單一電池性能不一致導致電池壽命提前結(jié)束。在電池組組裝之前盡可能保證電池組單體電池的一致性,從而減小電池在循環(huán)使用過程中的差異性。

因此為了保證單體電池一致性,提高整批電池的性能穩(wěn)定性,就必須要保障電池材料漿料的均勻性。但由于電極漿料的物理特性,漿料的性能不易直接觀測,因此一般都會通過測量以下性質(zhì),來間接研究并確保漿料均勻性和穩(wěn)定性。

鋰電池漿料的各項性質(zhì)

鋰離子電池正極漿料是由正極材料、黏結(jié)劑、導電劑通過攪拌混合均勻分散于溶劑中而形成。它的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料、固體與固體顆粒之間的相互混合、溶解、摩擦、分散等一系列工藝過程,而且在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、粒度、粘度等參數(shù)的變化。

1、粘度

漿體的粘度是反映漿料中摩擦或黏度(滯后)的特征量,是流體阻礙其相對流動的一個特征,也是鑒定漿料是否適合涂布的關(guān)鍵參數(shù)之一。

影響漿料粘度的因素有很多,如漿料的成分、環(huán)境條件、溶劑比、溫度、攪拌時間等。漿料粘度太高時雖然漿料穩(wěn)定性較好,但是其流動性差,對銅箔和鋁箔的流平表現(xiàn)以及浸潤效果都不好,不利于涂布工序的進行,容易出現(xiàn)極片外觀的異常。


漿料涂布

漿料粘度太低時,漿料雖然流動性較好,但是漿料儲存性能差容易沉降,分散性也比較一般。同時漿料粘度過低,也會造成涂布烘干困難形成的濕片,以及涂層龜裂、漿料顆粒團聚、面密度一致性不好等問題。

不過漿料的粘度并沒有統(tǒng)一的標準,需要根據(jù)材料的特性及涂布機的性能進行相應(yīng)的調(diào)整,現(xiàn)在一般漿料粘度一般控制在4000~8000mPa·s之間,未來隨著加工工藝的提升漿料的粘度應(yīng)該可以做到更高。目前,漿料的測試工具主要是用粘度計,測粘度時也要保證漿料溫度的一致性,才能對比漿料粘度的穩(wěn)定性。

粘度計

2、溫度

為了使?jié){料混合均勻,就需要經(jīng)過混合、捏合以及高速分散等工序。在長時間高速的旋轉(zhuǎn)及攪拌下,物料顆粒之間的磨擦會產(chǎn)生極大的熱量,這些熱量在漿料內(nèi)部就會引起漿料的溫度變化。

漿料溫度對于下一道工序涂布的影響是面密度的不穩(wěn)定,如果進入涂布頭的漿料溫度和涂布頭唇口本身溫度不同,涂布頭唇口就變成了熱交換器,其結(jié)果是涂布漿料從分配腔進口到末端流動時漿料的溫度發(fā)生變化。溫度的變化會引起粘度的變化,從而造成涂布厚度不均勻。所以需要對漿料的溫度進行測試,并在漿料輸送過程中安裝溫度控制系統(tǒng),盡量保持漿料溫度、涂布頭溫度、環(huán)境溫度的一致性,以確保漿料涂布面密度的一致性。

3、粒度分布

活性物質(zhì)的顆粒大小與粒徑分布是漿料制程工藝中的重要因素,活性物質(zhì)顆粒越小,則連續(xù)相粘度越大,由重力引起的漿料分層現(xiàn)象越弱,懸浮體系的穩(wěn)定性越好。但當顆粒的粒徑縮小到某一微小尺寸時,粒子之間的結(jié)合力成為主要作用,顆粒之間會發(fā)生團聚現(xiàn)象,不利于體系的穩(wěn)定。所以,在漿料的分散中,顆粒粒徑并非越細越好,而是要使其分布于一個較窄的尺寸范圍,達到吸力與斥力的相互平衡,從而保證漿料體系的穩(wěn)定。

漿料分散程度示意圖

4、固含量

漿料的固含量和漿料穩(wěn)定性息息相關(guān),同種工藝與配方,漿料固含量越高,粘度越大,反之亦然。在一定范圍內(nèi),粘度越高,漿料穩(wěn)定性越高。在實際生產(chǎn)過程中,檢驗漿料的固含量具有其它的意義,就是保證漿料制漿投入的各種物料重量是準確的。為了確保固含量在需要的范圍內(nèi),在生產(chǎn)中會采用烘干法進行測量,采用的儀器是水分測試儀。

總結(jié)

電極漿料作為一個多組分的非平衡態(tài)體系,其存在的最大的問題便是內(nèi)部顆粒由于靜電吸引力、范德華力或氫鍵等作用團聚,或是在重力作用下發(fā)生沉降,從而影響了漿料的分散均勻性和穩(wěn)定性。因此要做出穩(wěn)定的漿料,就要綜合考慮材料性質(zhì)、配方、攪拌工藝、環(huán)境等多方面因素的影響,通過不斷的實踐才能得到最終的答案。

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