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2021-06-10

負極配料工藝的參數控制方向

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負極配料工藝的參數控制方向


一、攪拌工藝參數的影響:

公轉:將物料(liao)進行混(hun)合均勻,高固含量下通(tong)過擠壓、摩擦作用將顆粒破(po)碎掉。

自轉(zhuan):利用(yong)高速轉動形成(cheng)湍流和(he)撞(zhuang)擊將大顆粒破碎(sui)掉(diao),是影響顆粒分散的主要原因。
攪(jiao)拌時(shi)間:對于石(shi)墨,需2h高(gao)速(su)分散(san),延長(chang)分散(san)時(shi)間對顆粒度影響不(bu)大。
溫度:溫(wen)度(du)直(zhi)接影(ying)響分子(zi)的(de)擴(kuo)散(san),溫(wen)度(du)如(ru)太(tai)低,不利(li)于分子(zi)擴(kuo)散(san)和傳質過程,但溫(wen)度(du)過高(gao)(gao)會產生負面影(ying)響,如(ru)溫(wen)度(du)過高(gao)(gao)會導致PVDF發生性變,粘(zhan)度(du)會很差,特別對于高(gao)(gao)堿性的(de)活性材料,在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)攪(jiao)拌時更容易產生凝聚問題。

真空度:抽真空的目的是(shi)防(fang)止高(gao)速攪拌過程中空氣溶(rong)解于(yu)漿料中。

二、分散不好對電芯性能的影響:

1.電(dian)子電(dian)導差:在石墨(mo)(mo)負極(ji)體系中,SP為鏈狀結構,包覆在石墨(mo)(mo)表面,填充石墨(mo)(mo)間間隙,起傳導(dao)電(dian)(dian)子作用,同時(shi)能提高(gao)極(ji)片(pian)保液量,導(dao)電(dian)(dian)劑與(yu)石墨(mo)(mo)分散(san)不好,電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導(dao)差。

2.石墨間導(dao)電(dian)作(zuo)用差:循環過(guo)程中(zhong)石墨碎化,間距逐漸增大,導電(dian)劑起(qi)到(dao)連通石墨間導電(dian)作用。

3.漿料團聚:CMC分(fen)(fen)(fen)子為(wei)高分(fen)(fen)(fen)子鏈狀結構,羧甲基(ji)及(ji)羥(qian)基(ji)等具有親水(shui)性,當CMC溶(rong)解于(yu)水(shui)中(zhong)時,親水(shui)基(ji)團首先(xian)與(yu)水(shui)分(fen)(fen)(fen)子間形成(cheng)作用(yong)力發(fa)生溶(rong)脹(zhang),分(fen)(fen)(fen)子鏈之間團聚,因此(ci)需較(jiao)高的(de)剪切(qie)作用(yong)克服CMC與(yu)水(shui)分(fen)(fen)(fen)子之間的(de)作用(yong)力,將(jiang)CMC分(fen)(fen)(fen)散開(kai)。

4.影響(xiang)電(dian)芯(xin)動力學:SBR具有(you)導(dao)電子與導(dao)離子作(zuo)用,未分(fen)散好影響電芯動(dong)力學,循(xun)環過程中體積反復膨(peng)脹(zhang),石墨(mo)(mo)間間距增大,SBR對石墨(mo)(mo)起(qi)束縛(fu)作(zuo)用。

三、漿料生產常用的評估方法:

流變性:粘度測試

穩定性:振蕩測(ce)試(shi)、蠕變測(ce)試(shi)、松弛測(ce)試(shi)

四、攪拌工藝過程控制

負極配料工藝的參數控制方向(圖1)

(1)干混:使粉體(ti)充分(fen)混(hun)(hun)合,固(gu)體(ti)之(zhi)間的混(hun)(hun)合比在液體(ti)下(xia)固(gu)體(ti)間的混(hun)(hun)合容(rong)易多了。同時防止CMC團聚,縮(suo)短(duan)CMC溶解時間。
(2)捏合:高(gao)固(gu)含量(liang)下(xia)漿料比(bi)較(jiao)硬(ying),攪(jiao)拌(ban)槳(jiang)運動時(shi)可以對(dui)(dui)漿料進行(xing)摩擦剪切,同時(shi)由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)攪(jiao)拌(ban)槳(jiang)呈麻花結構,運動時(shi)會對(dui)(dui)漿料產生(sheng)向下(xia)的(de)(de)擠壓作用。一方面(mian)可以使(shi)大顆(ke)粒破碎掉,另(ling)外(wai)使(shi)CMC包覆在石(shi)(shi)(shi)墨(mo)表面(mian),由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)CMC帶正(zheng)電,包覆在石(shi)(shi)(shi)墨(mo)表面(mian)后形成雙電層結構,石(shi)(shi)(shi)墨(mo)間由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)靜(jing)電排斥,可以防止石(shi)(shi)(shi)墨(mo)顆(ke)粒間團聚。生(sheng)產采(cai)(cai)用60~63%固(gu)含量(liang)攪(jiao)拌(ban),出于(yu)(yu)(yu)對(dui)(dui)設備(bei)損(sun)耗的(de)(de)考慮(lv),由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)生(sheng)產采(cai)(cai)用200L和650L的(de)(de)攪(jiao)拌(ban)罐,高(gao)固(gu)含量(liang)下(xia),電機功率(lv)無法承受,因此(ci)采(cai)(cai)用低粘度攪(jiao)拌(ban)。低粘度下(xia)不利于(yu)(yu)(yu)CMC的(de)(de)包覆,因此(ci)攪(jiao)拌(ban)時(shi)間須延長。
(3)第二步加CMC:CMC分(fen)子鏈基團(tuan)與水分(fen)子存在氫鍵作用(yong),懸浮在溶(rong)液中形成龐大的空間位阻(zu),防止漿料沉(chen)降(jiang)。

(4)攪拌分(fen)散時間:使(shi)CMC充分(fen)溶(rong)解。生產采用(yong)2h攪拌是(shi)利用(yong)漿(jiang)料剪切變稀的(de)原理降(jiang)低漿(jiang)料粘度,使(shi)漿(jiang)料可以做(zuo)到較(jiao)高(gao)固含量。

負極配料工藝的參數控制方向(圖2)

(5)捏合工藝關鍵點:

a. 捏合固含(han)量:第(di)一(yi)步加(jia)水(shui)后(hou)漿料的固(gu)含(han)(han)量,石墨最(zui)佳捏(nie)合(he)固(gu)含(han)(han)量在(zai)69%~70%。捏(nie)合(he)固(gu)含(han)(han)量偏高,CMC未能(neng)充分包覆在(zai)石墨表(biao)面,固(gu)含(han)(han)量偏低,CMC不(bu)能(neng)均勻(yun)分散開。合(he)適的捏(nie)合(he)固(gu)含(han)(han)量漿料軟(ruan)硬適中,表(biao)面有光澤(ze)。
b. 捏(nie)合時(shi)間(jian):特別是(shi)第二步加(jia)入(ru)CMC后的(de)捏合(he)時(shi)間(jian),如果不能(neng)很(hen)精確的(de)把控時(shi)間(jian),捏合(he)時(shi)間(jian)控制在10~20min,但不要超過(guo)20min,到(dao)時(shi)間(jian)后可以將(jiang)攪拌分散電機(ji)關掉(diao)。捏合(he)時(shi)間(jian)過(guo)長漿(jiang)料粘度和穩定性將(jiang)顯著(zhu)降(jiang)低。
c. 加(jia)SBR后分(fen)散:SBR表面包覆一層表面活(huo)性劑(ji),當受到(dao)大(da)的剪切力時(shi)會(hui)破乳(ru)導(dao)致漿料(liao)呈凝膠狀態,為(wei)了防止SBR破乳(ru),一般(ban)不會(hui)開啟(qi)很高的分散(san)速度,但低速分散(san)下一般(ban)的SBR很少有破乳(ru)現象,加SBR后開啟(qi)分散(san)槳延長分散(san)時(shi)間,使CMC充分溶解

d. 慢攪抽真空:除去漿料(liao)(liao)中的空(kong)氣,快速攪(jiao)拌分散過(guo)程中會(hui)有部分空(kong)氣溶(rong)解于漿料(liao)(liao)中,涂布時會(hui)出現氣泡。

(6)轉速/時間對SP導電劑分散影響
負極配料工藝的參數控制方向(圖3)
(7)轉速/時間對石墨分散影響
負極配料工藝的參數控制方向(圖4)

五、常見的攪拌槳

負極配料工藝的參數控制方向(圖5)
不同(tong)攪拌(ban)槳方式對漿料過程(cheng)參數(shu)的影響:

負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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