锂电浆料特性和涣散机理的最强总结2
2017-04-18
锂电世界锂电世界4730核心提示：聚会与涣散的联系浆料的聚会是指原生的微细颗粒在制备、涣散及寄存进程中，彼此连接、由多个颗粒构成较大的颗粒团簇的现象，颗粒在液相介质中表现为涣散和聚会两种基本的做法。颗粒在液体介质中的聚会是吸附与排挤一起作用的成果，其根源是颗粒间的彼此作用力。在悬浊液体系中，粉体颗粒的聚会是吸赞同排挤一起作用的成果。
聚会与涣散的联系
浆料的聚会是指原生的微细颗粒在制备、涣散及寄存进程中，彼此连接、由多个颗粒构成较大的颗粒团簇的现象，颗粒在液相介质中表现为涣散和聚会两种基本的做法。颗粒在液体介质中的聚会是吸附与排挤一起作用的成果，其根源是颗粒间的彼此作用力。在悬浊液体系中，粉体颗粒的聚会是吸赞同排挤一起作用的成果。假如吸附作用大于排挤作用，粉体颗粒聚会；假如吸附作用小于排挤作用，粉体颗粒则涣散。在液体介质中，粉体颗粒受力状况较杂乱，不只有像范德华力、静电力、外表张力、毛细管力等发作聚会的吸引力，并且在粒子的外表，还会发作双电层静电作用、溶剂化膜作用、聚合物吸附层的空间保护作用等使纳米颗粒趋向于涣散的斥力作用。
颗粒在介质中的安稳涣散通常包含以下进程：潮湿、机械涣散及涣散安稳。潮湿通常指颗粒与颗粒之间的界面被颗粒与溶剂、涣散剂等界面所替代的进程。机械涣散是运用剪切力将很多颗粒细化、使聚会体解聚、被潮湿、包裹吸附的进程。涣散安稳是指将原生粒子或较小的聚会体在静电斥力、空间位阻斥力作用下来屏蔽范德华引力,使颗粒不再集合的进程。聚会体涣散解聚的直接原因是遭到剪切力和压力的作用，剪切力在涣散进程中起到了决议性的作用。
聚会体变形与决裂在研讨活动性质随时刻和应力的改变时，通常要调查颗粒的联系与决裂。研讨发现，无论是颗粒的联系所必须得碰撞，仍是多颗粒团的损坏，都与颗粒巨细有严密的函数联系，也即是说，颗粒巨细是影响流变和安稳性的一个关键因素，在层流状态下，流体中的物料聚会体受层流剪切力作用。不考虑聚会体的重力作用，物料聚会体受剪切力t的作用与外表张力的作用。剪切作用的切向分力的作用作用是使聚会体发作旋转的首要原因，而法向分力和外表张力则在聚会体的内部别离发作压差，这两种压差归纳作用的成果即是使聚会体的内部发作变形，在其原有裂纹的区域上就会发作应力会集，并终究致使聚会体的破碎与涣散，分解成更小尺度等级的颗粒。
在湍流状态下，流场的改变十分敏捷，且存在着固体涣散相与液体接连相之间的彼此作用，例如因为固体相对液体相湍流具有的阻尼作用，使其脉动强度降低，流场中活动状况恰当杂乱。所认为了简化起见，在假定湍流是均匀的，并且是各向同性的基础上，认为液滴的决裂由湍流的脉动效应所致使的。在这种状况下，液滴遭到的粘性剪切应力可疏忽，若两相粘度和密度相差比较小，则在液滴外表将会发作振荡，振荡将会使其形状相关于平衡的球形而发作改变，当改变的程度足够大时，液滴就会不安稳，决裂成两个或更多的小液滴，条件是液滴振荡的动能足以供给决裂后所增加的外表能。
浆料传统混合涣散技能
混合涣散技能在锂离子电池的全部出产技能中对商品的品质影响度大于30%，是全部出产技能中最重要的环节。锂离子电池的电极制造，正极浆料由粘合剂、导电剂、正极资料等构成；负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等构成。正、负极浆料的制备都包含了液体与液体、液体与固体物料之间的彼此混合、溶解、涣散等一系列技能进程,并且在这个进程中都伴跟着温度、粘度、环境等改变。在正、负极浆猜中，颗粒状活性物质的涣散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池出产中各极片资料的浆料的混合涣散至关重要，浆料涣散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池出产的质量及其商品的功能。
现在传统的锂离子电池浆料的制备都是在双行星涣散设备中完结的。虽然现在在小型电池出产技能上已日趋老练，但现在锂离子电池的出产进程中，电池的一致性控制仍然是锂离子电池制造的技能难点，尤其是关于大容量、大功率的动力型锂离子电池。别的，跟着锂离子电池资料的不断进步，原资料颗粒粒径越来越小，这不只进步了锂离子电池功能，也十分简单构成二级聚会体，然后增加了混合涣散技能的难度。
正极浆料的制备（以钴酸锂为例）
正极浆料的制备进程实际上是将浆猜中的各种构成按规范份额混合涣散在一起，调制成浆料，以利于均匀涂布，确保极片的均匀一致性。正极制浆首要包含五个进程，即质料的预处理、掺和、浸湿、涣散和稀释。
(1)质料的物理功能
a.钴酸锂：非极性物质，不规矩形状，粒径D50通常为6~8μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，pH值为10~11。锰酸锂：非极性物质，不规矩形状，粒径D50通常为5~7微米含水量≤0.2%，通常为碱性，PH值为8左右。
b.导电剂：非极性物质，葡萄链状物，吸油值约为300，粒径通常为2~5μm；首要有普通炭黑、超导炭黑、石墨乳等，在大批量应用时通常挑选超导炭黑和石墨乳复配，通常为中性。
c.PVDF粘合剂：非极性物质，链状物，其分子量为300,000~1,000,000不等，吸水后分子量降低，黏性变差。
d.NMP(N-甲基吡咯烷酮)：弱极性液体，用于溶解/溶胀PVDF，一起作为溶剂稀释浆料。
(2)质料的预处理
a.钴酸锂：脱水，通常用120℃常压烘烤2小时左右。
b.导电剂：脱水，通常用200℃常压烘烤2小时左右。
c.粘合剂：脱水，通常用120~140℃常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的巨细决议。
d.NMP：脱水，运用枯燥分子筛脱水或选用特别取料设备，直接运用。
(3)质料的掺和
a.粘合剂的溶解（按规范浓度）及热处理。
b.钴酸锂和导电剂球磨：使粉料开端混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，进步聚会作用和的导电性。配成浆料后不会独自散布于粘合剂中，球磨时刻通常为2小时左右；为防止混入杂质，通常运用玛瑙球作为球磨介子。
(4)粉体的涣散和浸湿
固体粉末放置在空气中，跟着时刻的推移，将会吸附有些空气在固体的外表上，液体粘合剂参加后，液体与气体开端抢夺固体外表；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，液体能够浸湿固体，将气体挤出。当潮湿角≤90度，固体浸湿。当潮湿角＞90度，固体不浸湿。正极资猜中的一切组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料涣散相对简单。涣散办法对涣散的影响：静置法（时刻长，作用差，但不损害资料的原有构造）；拌和法：自转或自转加公转（时刻短，作用佳，但有可能损害单个资料的本身构造）。
影响混合涣散进程的首要参数有：
1、拌和速度对涣散速度的影响。通常说来拌和速度越高，涣散速度越快，但对资料本身构造和对设备的损害就越大。
2、浓度对涣散速度和粘结强度的影响。通常状况下浆料浓度越小，涣散速度越快，但太稀将致使资料的糟蹋和浆料沉积的加剧。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。
3、真空度对涣散速度的影响。高真空度有利于资料缝隙和外表的气体排出，降低液体吸附难度；资料在彻底失重或重力减小的状况下涣散均匀的难度将大大降低。
4、温度对涣散速度的影响。适合的温度下，浆料活动性好、易涣散。太热浆料简单结皮，太冷浆料的活动性将大打折扣。
(5)稀释参加溶剂将浆料调整为适宜的浓度，便于涂布。负极浆料（以石墨为例）的制备负极浆料的制备大致与正极制浆的进程一样。
(1)质料的物理功能
a.石墨：非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中涣散；不易吸水，也不易在水中涣散。被污染的石墨，在水中涣散后，简单从头聚会。通常粒径D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规矩，首要有球形、片状、纤维状等。
b.水性粘合剂（SBR）：小分子线性链状乳液，很简单溶于水和极性溶剂。
c.防沉积剂（CMC）：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。
d.异丙醇：弱极性物质，参加后可减小粘合剂溶液的极性，进步石墨和粘合剂溶液的相容性；具有激烈的消泡作用；易催化粘合剂网状交链，进步粘结强度。乙醇：弱极性物质，参加后可减小粘合剂溶液的极性，进步石墨和粘合剂溶液的相容性；具有激烈的消泡作用；易催化粘合剂线性交链，进步粘结强度。
e.去离子水（或蒸馏水）：稀释剂，酌量增加，改变浆料的活动性。
(2)质料的预处理
a.石墨：通过混合，使质料均匀化，进步一致性，然后在300~400℃常压烘烤，除掉外表油性物质，进步与水性粘合剂的相容才能，修圆石墨外表棱角（有些资料为保持外表特性，不允许烘烤，不然效能降低）。
b.水性粘合剂：恰当稀释，进步涣散才能。
(3)掺和、浸湿和涣散
a.石墨与粘合剂溶液极性不同，不易涣散。
b.可先用醇水溶液将石墨开端潮湿，再与粘合剂溶液混合。
c.应恰当降低拌和浓度，进步涣散性。
d.涣散进程为减少极性物与非极性物间隔，进步势能或外表能，所认为吸热反应，拌和时整体温度有所降低。如条件允许应当恰当升高拌和温度，使吸热变得简单，一起进步活动性，降低涣散难度。
e.拌和进程如参加真空脱气进程，排除气体，推进固-液吸附，作用更佳。
参加溶剂将浆料调整为适宜的浓度，便于涂布。
浆料的聚会是指原生的微细颗粒在制备、涣散及寄存进程中，彼此连接、由多个颗粒构成较大的颗粒团簇的现象，颗粒在液相介质中表现为涣散和聚会两种基本的做法。颗粒在液体介质中的聚会是吸附与排挤一起作用的成果，其根源是颗粒间的彼此作用力。在悬浊液体系中，粉体颗粒的聚会是吸赞同排挤一起作用的成果。假如吸附作用大于排挤作用，粉体颗粒聚会；假如吸附作用小于排挤作用，粉体颗粒则涣散。在液体介质中，粉体颗粒受力状况较杂乱，不只有像范德华力、静电力、外表张力、毛细管力等发作聚会的吸引力，并且在粒子的外表，还会发作双电层静电作用、溶剂化膜作用、聚合物吸附层的空间保护作用等使纳米颗粒趋向于涣散的斥力作用。
颗粒在介质中的安稳涣散通常包含以下进程：潮湿、机械涣散及涣散安稳。潮湿通常指颗粒与颗粒之间的界面被颗粒与溶剂、涣散剂等界面所替代的进程。机械涣散是运用剪切力将很多颗粒细化、使聚会体解聚、被潮湿、包裹吸附的进程。涣散安稳是指将原生粒子或较小的聚会体在静电斥力、空间位阻斥力作用下来屏蔽范德华引力,使颗粒不再集合的进程。聚会体涣散解聚的直接原因是遭到剪切力和压力的作用，剪切力在涣散进程中起到了决议性的作用。
聚会体变形与决裂在研讨活动性质随时刻和应力的改变时，通常要调查颗粒的联系与决裂。研讨发现，无论是颗粒的联系所必须得碰撞，仍是多颗粒团的损坏，都与颗粒巨细有严密的函数联系，也即是说，颗粒巨细是影响流变和安稳性的一个关键因素，在层流状态下，流体中的物料聚会体受层流剪切力作用。不考虑聚会体的重力作用，物料聚会体受剪切力t的作用与外表张力的作用。剪切作用的切向分力的作用作用是使聚会体发作旋转的首要原因，而法向分力和外表张力则在聚会体的内部别离发作压差，这两种压差归纳作用的成果即是使聚会体的内部发作变形，在其原有裂纹的区域上就会发作应力会集，并终究致使聚会体的破碎与涣散，分解成更小尺度等级的颗粒。
在湍流状态下，流场的改变十分敏捷，且存在着固体涣散相与液体接连相之间的彼此作用，例如因为固体相对液体相湍流具有的阻尼作用，使其脉动强度降低，流场中活动状况恰当杂乱。所认为了简化起见，在假定湍流是均匀的，并且是各向同性的基础上，认为液滴的决裂由湍流的脉动效应所致使的。在这种状况下，液滴遭到的粘性剪切应力可疏忽，若两相粘度和密度相差比较小，则在液滴外表将会发作振荡，振荡将会使其形状相关于平衡的球形而发作改变，当改变的程度足够大时，液滴就会不安稳，决裂成两个或更多的小液滴，条件是液滴振荡的动能足以供给决裂后所增加的外表能。
浆料传统混合涣散技能
混合涣散技能在锂离子电池的全部出产技能中对商品的品质影响度大于30%，是全部出产技能中最重要的环节。锂离子电池的电极制造，正极浆料由粘合剂、导电剂、正极资料等构成；负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等构成。正、负极浆料的制备都包含了液体与液体、液体与固体物料之间的彼此混合、溶解、涣散等一系列技能进程,并且在这个进程中都伴跟着温度、粘度、环境等改变。在正、负极浆猜中，颗粒状活性物质的涣散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池出产中各极片资料的浆料的混合涣散至关重要，浆料涣散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池出产的质量及其商品的功能。
现在传统的锂离子电池浆料的制备都是在双行星涣散设备中完结的。虽然现在在小型电池出产技能上已日趋老练，但现在锂离子电池的出产进程中，电池的一致性控制仍然是锂离子电池制造的技能难点，尤其是关于大容量、大功率的动力型锂离子电池。别的，跟着锂离子电池资料的不断进步，原资料颗粒粒径越来越小，这不只进步了锂离子电池功能，也十分简单构成二级聚会体，然后增加了混合涣散技能的难度。
正极浆料的制备（以钴酸锂为例）
正极浆料的制备进程实际上是将浆猜中的各种构成按规范份额混合涣散在一起，调制成浆料，以利于均匀涂布，确保极片的均匀一致性。正极制浆首要包含五个进程，即质料的预处理、掺和、浸湿、涣散和稀释。
(1)质料的物理功能
a.钴酸锂：非极性物质，不规矩形状，粒径D50通常为6~8μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，pH值为10~11。锰酸锂：非极性物质，不规矩形状，粒径D50通常为5~7微米含水量≤0.2%，通常为碱性，PH值为8左右。
b.导电剂：非极性物质，葡萄链状物，吸油值约为300，粒径通常为2~5μm；首要有普通炭黑、超导炭黑、石墨乳等，在大批量应用时通常挑选超导炭黑和石墨乳复配，通常为中性。
c.PVDF粘合剂：非极性物质，链状物，其分子量为300,000~1,000,000不等，吸水后分子量降低，黏性变差。
d.NMP(N-甲基吡咯烷酮)：弱极性液体，用于溶解/溶胀PVDF，一起作为溶剂稀释浆料。
(2)质料的预处理
a.钴酸锂：脱水，通常用120℃常压烘烤2小时左右。
b.导电剂：脱水，通常用200℃常压烘烤2小时左右。
c.粘合剂：脱水，通常用120~140℃常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的巨细决议。
d.NMP：脱水，运用枯燥分子筛脱水或选用特别取料设备，直接运用。
(3)质料的掺和
a.粘合剂的溶解（按规范浓度）及热处理。
b.钴酸锂和导电剂球磨：使粉料开端混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，进步聚会作用和的导电性。配成浆料后不会独自散布于粘合剂中，球磨时刻通常为2小时左右；为防止混入杂质，通常运用玛瑙球作为球磨介子。
(4)粉体的涣散和浸湿
固体粉末放置在空气中，跟着时刻的推移，将会吸附有些空气在固体的外表上，液体粘合剂参加后，液体与气体开端抢夺固体外表；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，液体能够浸湿固体，将气体挤出。当潮湿角≤90度，固体浸湿。当潮湿角＞90度，固体不浸湿。正极资猜中的一切组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料涣散相对简单。涣散办法对涣散的影响：静置法（时刻长，作用差，但不损害资料的原有构造）；拌和法：自转或自转加公转（时刻短，作用佳，但有可能损害单个资料的本身构造）。
影响混合涣散进程的首要参数有：
1、拌和速度对涣散速度的影响。通常说来拌和速度越高，涣散速度越快，但对资料本身构造和对设备的损害就越大。
2、浓度对涣散速度和粘结强度的影响。通常状况下浆料浓度越小，涣散速度越快，但太稀将致使资料的糟蹋和浆料沉积的加剧。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。
3、真空度对涣散速度的影响。高真空度有利于资料缝隙和外表的气体排出，降低液体吸附难度；资料在彻底失重或重力减小的状况下涣散均匀的难度将大大降低。
4、温度对涣散速度的影响。适合的温度下，浆料活动性好、易涣散。太热浆料简单结皮，太冷浆料的活动性将大打折扣。
(5)稀释参加溶剂将浆料调整为适宜的浓度，便于涂布。负极浆料（以石墨为例）的制备负极浆料的制备大致与正极制浆的进程一样。
(1)质料的物理功能
a.石墨：非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中涣散；不易吸水，也不易在水中涣散。被污染的石墨，在水中涣散后，简单从头聚会。通常粒径D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规矩，首要有球形、片状、纤维状等。
b.水性粘合剂（SBR）：小分子线性链状乳液，很简单溶于水和极性溶剂。
c.防沉积剂（CMC）：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。
d.异丙醇：弱极性物质，参加后可减小粘合剂溶液的极性，进步石墨和粘合剂溶液的相容性；具有激烈的消泡作用；易催化粘合剂网状交链，进步粘结强度。乙醇：弱极性物质，参加后可减小粘合剂溶液的极性，进步石墨和粘合剂溶液的相容性；具有激烈的消泡作用；易催化粘合剂线性交链，进步粘结强度。
e.去离子水（或蒸馏水）：稀释剂，酌量增加，改变浆料的活动性。
(2)质料的预处理
a.石墨：通过混合，使质料均匀化，进步一致性，然后在300~400℃常压烘烤，除掉外表油性物质，进步与水性粘合剂的相容才能，修圆石墨外表棱角（有些资料为保持外表特性，不允许烘烤，不然效能降低）。
b.水性粘合剂：恰当稀释，进步涣散才能。
(3)掺和、浸湿和涣散
a.石墨与粘合剂溶液极性不同，不易涣散。
b.可先用醇水溶液将石墨开端潮湿，再与粘合剂溶液混合。
c.应恰当降低拌和浓度，进步涣散性。
d.涣散进程为减少极性物与非极性物间隔，进步势能或外表能，所认为吸热反应，拌和时整体温度有所降低。如条件允许应当恰当升高拌和温度，使吸热变得简单，一起进步活动性，降低涣散难度。
e.拌和进程如参加真空脱气进程，排除气体，推进固-液吸附，作用更佳。
参加溶剂将浆料调整为适宜的浓度，便于涂布。
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