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鈷酸鋰電池原材料混合配比方法

鈷酸鋰電池

(一)鈷酸鋰電池正極配料原理

1、原料的理化性能。

(1)鉆酸鋰:非極性物質,不規則形狀,粒徑D50一般為6-8um,含水量≤0.2%,通常為堿性,PH值為10-11左右。

錳酸鋰:非極性物質,不規則形狀,粒徑D50一般為5-7um,含水量≤0.2%,通常為弱堿性,H值為8左右。

(2)導電劑:非極性物質,葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值~300,粒徑一般為2-5u m;主要有普通碳黑、超導碳黑、石墨乳等,在大批量應用時一般選擇超導碳黑和石墨乳復配;通常為中性。

(3)PVDF 粘合劑:非極性物質,鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性變差。

(4)NMP:弱極性液體,用來溶解/溶脹PVDF,同時用來稀釋漿料。

2、原料的預處理

(1)鉆酸鋰:脫水。一般用120。C常壓烘烤2小時左右。

(2)導電劑:脫水。一般用200oC常壓烘烤2小時左右。

(3)粘合劑:脫水。一般用120-140。C常壓烘烤2小時左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。

(4)NMP:脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設施,直接使用。

3、原料的摻和:

(1)粘合劑的溶解(按標準濃度)及熱處理。

(2)鉆酸鋰和導電劑球磨:使粉料初步混合,鉆酸鋰和導電劑粘合在一起,提高團聚作用和的導電性。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質,通常使用瑪瑙球作為球磨介子。

4、干粉的分散、浸濕:

(1)原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,將會吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入后,液體與氣體開始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強,液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強,液體可以浸濕固體,將氣體擠出。

當潤濕角≤90度,固體浸濕。當潤濕角>90度,固體不浸濕。

正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕,所以正極粉料分散相對容易。

(2)分散方法對分散的影響:

A、靜置法(時間長,效果差,但不損傷材料的原有結構);B、攪拌法;自轉或自轉加公轉(時間短,效果佳,但有可能損傷個別材料的自身結構)。

1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態,效果佳。

2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結構和對設備的損傷就越大。

3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,但太稀將導致材料的浪費和漿料沉淀的加重。

4、濃度對粘結強度的影響。濃度越大,柔制強度越大,粘接強度越大;濃度越低,粘接強度越小。

5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。

6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結皮,太冷漿料的流動性將大打折扣。

5、稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便于涂布。

(二)、鈷酸鋰電池負極配料原理(大致與正極配料原理相同)

1、原料的理化性能。

(1)石墨:非極性物質,易被非極性物質污染,易在非極性物質中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新團聚。一般粒徑D50為20um左右。

顆粒形狀多樣且多不規則,主要有球形、片狀、纖維狀等。

(2)水性粘合劑(SBR):小分子線性鏈狀乳液,極易溶于水和極性溶劑。

(3)防沉淀劑(CMC):高分子化合物,易溶于水和極性溶劑。

(4)異丙醇:弱極性物質,加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑網狀交鏈,提高粘結強度。

乙醇:弱極性物質,加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈,提高粘結強度(異丙醇和乙醇的作用從本質上講是一樣的,大批量生產時可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。

(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動性。

2、原料的預處理:

(1)石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤,除去表面油性物質,提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低)。

(2)水性粘合劑:適當稀釋,提高分散能力。

3、摻和、浸濕和分散:

(1)石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。

(2)可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合。

(3)應適當降低攪拌濃度,提高分散性。

(4)分散過程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應,攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應該適當升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,同時提高流動性,降低分散難度。

(5)攪拌過程如加入真空脫氣過程,排除氣體,促進固-液吸附,效果更佳。

(6)分散原理、分散方法同正極配料中的相關內容,在三、(一)、4中有詳細論述,在此不予詳細解釋。

4、稀釋。將漿料調整為合適的濃度,便于涂布。

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