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                锂电池电芯浆料制造的传统工艺和底子常理

                添加时间:2018-01-26 18:17:15 来历:环亚国际进口

                锂电池电芯浆料拌和是混合懈怠工艺在锂离子电池的整个出产工艺中对环亚国际进口的品质影响度大于30%,是整个出产工艺中最重要的环节。

                锂离子电池的电极制造,正极浆料由粘合剂、导电剂、正极资料等组成;负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与液体物料之间的彼此混合、溶解、懈怠等一系列工艺过程,并且在这个过程当中都伴跟着温度、粘度、环境等变化。在正、负极浆猜中,颗粒状活性物质的懈怠性和均匀性径直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懈怠至关重要,浆料懈怠质量的好坏,径直影响到后续锂离子电池出产的质量及其环亚国际进口的性能。

                在传统工艺上再进行超细懈怠,这是因为:通过传统混合与拌和设备,只可以将溶液中的大粉团打散,并均匀分布;但是,粉体形状是以微细粉团形状存于溶液之中,仅满足了微观懈怠的加工要求。通过微观拌和与懈怠后的浆料,在超细懈怠均质设备的强烈机械切割力作用下,可以将溶液中的微细粉团或液体颗粒聚会体进一步打散和均质,得到足够细小的液体颗粒,并均匀分布于溶液中,达到微观超细懈怠均质的作用,可显著提高浆料综合性能。

                现在传统浆料工艺是:

                (一) 配料:

                1.溶液配制:

                a) PVDF(或CMC)与溶剂NMP(或去离子水)的混合比例和称量;

                b) 溶液的拌和时间、拌和频率和度数(及溶液表面温度);

                c) 溶液配制完成后,对溶液的查验:粘度(测试)\溶解程度(目测)及废置时间;

                d) 负极:SBR+CMC溶液,拌和时间和频率。

                2.活性物质:

                a) 称量和混合时监控混合比例、数是否对;

                b) 球磨:正负极的球磨时间;球磨桶内玛瑙珠与混料的比例;玛瑙球中大球与小球的比例;

                c) 烘烤:烘烤温度、时间的设置;烘烤完成后冷却后测试温度。

                d) 活性物质与溶液的混合拌和:拌和方式、拌和时间和频率。

                e) 过筛:过100目(或150目)分子筛。

                f) 测试、查验:

                对浆料、混料进行以次测试:固含量、粘度、混料细度、振实密度、浆料密度。

                除了明确制造的传统工艺外,还需要了解锂电池浆料的底子常理。

                睫状体理论

                导致睫状体粒子聚会的主要作用,是来自粒子间的范德华力,若要添加睫状体粒子安稳性,则由两个途径,一是添加睫状体粒子间的静电架空力,二为使粉体间发生空间位阻,以这两种方式阻绝粉体的聚会。

                最简略的睫状体体系系由一懈怠相与一相懈怠前语所构成,其间懈怠相标准规模于10-9~10-6m间。睫状体内的物质存在于体系特需具有一定程度以上的懈怠力气。依据溶剂与懈怠相的各异而可发生多种各其他胶脸形状,如:雾气即为液滴懈怠于气体中之气胶、牙膏即固态高分子微粒懈怠在液体中的溶胶。

                睫状体的应用在过活中触目皆是,而睫状体的物理特性需视懈怠相与懈怠介质的各异而有所差异。从微观角度观测睫状体,睫状体粒子并非处于恒定状态,而是在介质内随机运动,这便是ag8856.com所称的布朗运动(Brownian motion)。肯定零度以上,睫状体粒子均会因热运动而发生布朗运动,这便是微观睫状体的动力学特性。睫状体粒子因布朗运动而发生碰撞,是为聚会(aggregate)发生的契机,而睫状体粒子在热力学上处于不安稳状态,因此粒子间的交互微重力为懈怠的要害因素之一。

                双电层理论

                双电层理论可用以解释睫状体中带电离子的分布情形,以及粒子表面所发生的电位问题。19 世纪Helmholtz 提出平行电容器模型以描述双电层结构,简略的假设粒子带负电,且表面好像电容器中的电极,溶液中带正电的反离子因异电荷相吸而吸附在粒子表面。然而这个理论却忽略了带电离子会因热运动发生放散行为。

                因此,在20世纪初Gouy与Chapman 提出放散双电层模型,在溶液中的反离子会因静电作用吸附于带电粒子表面,同时受热运动影响而在粒子周围放散。因此,反离子在溶液中的分布浓淡将随粒子表面的间隔添加而下降。1924 年,史特恩(Stern)将平行电容器与放散双电层两种模型加组合,以描述双电层结构。Stern认为反离子会在粒子表面构成紧密的吸附层,亦称Stern layer,跟着与粒子表面间隔添加,粒子的电位会呈现线性下降,同时Stern layer外亦有放散层的存在,并且粒子于放散层中的电位会随间隔添加而指数下降。

                下图为Stern双电层模型,zeta电位(ξ,Zeta potential)为双电层模型中极重要的参数,实践测量时并没有法径直测得粒子的表面电位,但可由声波法或是电泳法核算出粒子的zeta电位。双电层模型中Stern 层与放散层间的剪切平面上存在zeta电位。

                zeta电位与睫状体的懈怠安稳性有亲近的关系,当zeta电位愈大时,睫状体粒子表面上的静电荷愈多,当粒子于水溶液中的zeta电位达到±25~30mV 以上时,睫状体有足够的静电架空力克服粒子间的范德华力以维持睫状体安稳性。

                Stern 双电层模型

                DLVO理论

                1940-1948年,由Deryagin、Landau、Verwey、Overbeek 建立睫状体粒子彼此临近时的能质变化及对睫状体安稳性影响的相关理论,简称DLVO理论。其理论主要描述睫状体粒子间距与能质变化的关系,此作用能量是睫状体双电层重迭的电荷架空能与范德华力加成下的成果。

                下图为DLVO示图,表明睫状体粒子之间存在吸引力与架空力,这两种微重力的大小抉择睫状体溶液的安稳性,粒子间的吸引力为主要作用,则粒子将发生聚会;而架空力大于吸引力的状态下,则可防止粒子凝聚而坚持睫状体的安稳性。

                由DLVO曲线,当粒子之间的间隔愈来愈短,粒子首要会发生吸引力,若粒子彼此再继续接近时,则将使得粒子之间发生架空力,而若粒子跳过架空能障,则会快速发生聚会。因此为了使得睫状体内的粒子懈怠安稳性提高,有必要提高粒子间架空力,以防止粒子间发生聚会。

                DLVO示图

                睫状体的安稳机制

                睫状体粒子因为具有高表面能而倾向聚会状态,为使睫状体体系具有懈怠安稳性,有必要提高粒子间的架空力。睫状体间的安稳机制一般可分为三种:

                1)静电安稳机制(Electrostatic stabilization)

                2)立体拦路虎(Steric hindrance)

                3)静电立体安稳作用(Electrosteric stabilization),安稳机制如次图所示:

                (a)静电斥力、(b)立体拦路虎、(c)静电立体拦路虎

                静电安稳机制是使用粒子的表面电荷所形成的架空力,当粒子彼此因吸引力临近时,形成睫状体粒子的双电层重迭,因为粒子表面带同性电荷,因此发生架空力。

                然而静电安稳机制易受溶液体系中的电解质浓淡影响,当溶液内的电解质浓淡过高时将形成粒子表面双电层紧缩,反而形成粒子的凝聚。立体拦路虎的安稳机制是使用高分子吸附于睫状体粒子表面,其作用会发生两种各其他效应提高粒子间的架空力:

                1)浸透压效应(Osmotic Effect)

                是当两睫状体粒子临近时,高分子长链吸附于粒子表面或溶液内的剩余高分子会介在粒子之间,此时粒子间的高分子浓淡不止提高将引起浸透压的变化,周围介质进入两粒子之间,排开彼此间隔,而达到懈怠安稳的效果。

                2)空间限制效应(Volume restriction effect)

                为吸附于粒上表面的高分子具有一定的空间阻碍,当粒子间隔缩短,因为高分子并没有法穿透粒子,高分子将发生紧缩,致使弹性自在能上升,因此排开粒子,达到懈怠的效果。

                相较于静电安稳机制,高分子立体拦路虎具有许多利益。静电安稳机制极容易受环境影响而失掉效果,无法应用于高电解质环境或是有机体系溶液。

                然而高分子立体拦路虎对电解质浓淡相对不敏感,并且于水溶液或在有机溶剂中具有相等的功率,并且高分子立体拦路虎亦不因睫状体固含量而影响效果。高分子吸附于睫状体粒子表面时,即便发生聚会亦为软聚会,可简略的破除聚会象,即便睫状体粒子通过干燥程序,仍然是可以再度懈怠于溶剂中。

                因此立体拦路虎关于懈怠安稳性的作用相对较静电安稳效应高。静电立体安稳作用则是同时具有静电安稳机制与立体拦路虎,粒子表面所接枝的高分子上带有电荷,使两种各异安稳机制加成,能够让睫状体粒子具有杰出的懈怠安稳性。