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锂电池浆料建造的工艺和基本原理
公布工夫:2019-1-25 8:59:06      点击次数:81

      锂离子电池的电极制造,正极浆料由粘合剂、导电剂、正极质料等构成;负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等构成。正、负极浆料的制备皆包孕了液体取液体、液体取固体物料之间的互相混淆、消融、疏散等一系列工艺历程,并且在这个历程中都伴随着温度、粘度、情况等转变。在正、负极浆料中,颗粒状活性物资的分散性和匀称性间接响到锂离子在电池南北极间的活动,因而在锂离子电池消费中各极片质料的浆料的混淆疏散至关重要,浆料疏散质量的优劣,间接影响到后续锂离子电池消费的质量及其产物的机能。


                                      


      在传统工艺上再停止超细分散,那是由于:经由过程传统混淆取搅拌装备,只可以或许将溶液中的大粉团打散,并均匀分布;然则,粉体形态是以微细粉团形状存于溶液当中,仅知足了宏观疏散的加工要求。经由宏观搅拌取疏散后的浆料,在超细分散均质装备的猛烈机器切割力作用下,可以或许将溶液中的微细粉团或固体颗粒团聚体进一步打散和均量,获得充足微小的固体颗粒,并均匀分布于溶液中,到达微观超细分散均质的感化,可明显进步浆料综合机能。

现在传统浆料工艺是:

配料:

1.溶液配制:

a) PVDF(或CMC)取溶剂NMP(或去离子水)的混淆比例和称量;

b) 溶液的搅拌工夫、搅拌频次和次数(及溶液表面温度);

c) 溶液配制完成后,对溶液的磨练:粘度(测试)\消融水平(目测)及弃捐工夫;

d) 负极:SBR+CMC溶液,搅拌工夫和频次。

2.活性物资:

a) 称量和混淆时监控混淆比例、数目是不是准确;

b) 球磨:正负极的球磨工夫;球磨桶内玛瑙珠取混料的比例;玛瑙球中大球取小球的比例;

c) 烘烤:烘烤温度、工夫的设置;烘烤完成后冷却后测试温度。

d) 活性物资取溶液的混淆搅拌:搅拌体式格局、搅拌工夫和频次。

e) 过筛:过100目(或150目)分子筛。

f) 测试、磨练:

对浆料、混料停止以下测试:固含量、粘度、混料细度、振真密度、浆料密度。

除明白建造的传统工艺中,借需求相识锂电池浆料的基本原理。

胶体实际:

      致使胶体粒子团聚的重要感化,是来自粒子间的范德华力,若要增添胶体粒子稳定性,则由两个路子,一是增添胶体粒子间的静电排斥力,二为使粉体间发生空间位阻,以这两种体式格局阻绝粉体的团聚。

      最简朴的胶体体系系由一疏散相与一相疏散序言所组成,个中分散相标准局限于10-9~10-6m间。胶体内的物资存在于体系内需具有一定程度以上的疏散才能。凭据溶剂取分散相的差别而可发生多种差别的胶体型态,如:雾气即为液滴疏散于气体中之气胶、牙膏即固态高分子微粒疏散在液体中的溶胶。

      胶体的运用在生活中触目皆是,而胶体的物理特性需视疏散相与疏散介质的差别而有所差别。从微观角度视察胶体,胶体粒子并不是处于恒定状况,而是在介质内随机活动,那就是我们所称的布朗运动(Brownian motion)。绝对零度以上,胶体粒子均会果热运动而发作布朗运动,那就是微观胶体的动力学特性。胶体粒子果布朗运动而发生碰撞,是为团聚(aggregate)发作的契机,而胶体粒子在热力学上处于不稳定状况,因此粒子间的交互作用力为疏散的关键因素之一。

双电层实际:

      双电层实际可用以注释胶体中带电离子的散布情况,和粒子外面所发生的电位题目。19 世纪Helmholtz 提出平行电容器模子以形貌双电层构造,简朴的假定粒子带负电,且外面犹如电容器中的电极,溶液中带正电的反离子果同电荷相吸而吸附在粒子外面。但是这个实际却疏忽了带电离子会果热运动发生散布行动。

       因而,在20世纪初Gouy取Chapman 提出散布双电层模子,在溶液中的反离子会果静电感化吸附于带电粒子外面,同时受热活动影响而在粒子四周散布。因而,反离子在溶液中的散布浓度将随粒子外面的间隔增添而下落。1924 年,史特恩(Stern)将平行电容器取散布双电层两种模子加以联合,以形貌双电层构造。Stern以为反离子会在粒子外面构成严密的吸附层,亦称Stern layer,跟着取粒子外面间隔增添,粒子的电位会显现线性下落,同时Stern layer外亦有散布层的存在,而且粒子于散布层中的电位会随间隔增添而指数下落。

       下图为Stern双电层模子,zeta电位(ξ,Zeta potential)为双电层模子中极主要的参数,现实丈量时并没法间接测得粒子的外面电位,但可由声波法或是电泳法计算出粒子的zeta电位。双电层模子中Stern 层取散布层间的剪切平面上存在zeta电位。

       zeta电位取胶体的疏散稳定性有亲切的干系,当zeta电位愈大时,胶体粒子表面上的静电荷愈多,当粒子于水溶液中的zeta电位到达±25~30mV 以上时,胶体有充足的静电排斥力战胜粒子间的范德华力以保持胶体稳定性。

                                 
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DLVO实际:

      1940-1948年,由Deryagin、Landau、Verwey、Overbeek 竖立胶体粒子互相靠近时的能量转变及对胶体稳定性影响的相干实际,简称DLVO实际。其实际重要形貌胶体粒子间距取能量转变的干系,此感化能量是胶体双电层重迭的电荷排挤能取范德华力加成下的效果。

      下图为DLVO示意图,示意胶体粒子之间存在吸引力取排斥力,这两种作用力的巨细决意胶体溶液的稳定性,粒子间的吸引力为重要感化,则粒子将发生团聚;而排斥力大于吸引力的状况下,则可制止粒子凝结而连结胶体的稳定性。

       由DLVO曲线,当粒子之间的间隔越来越短,粒子起首会发生吸引力,若粒子相互再连续接近时,则将使得粒子之间发生排斥力,而若粒子超出排挤能障,则会快速发生团聚。因而为了使得胶体内的粒子疏散稳定性进步,必需进步粒子间排斥力,以制止粒子间发生团聚。

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胶体的稳固机制:

      胶体粒子因为具有下外面能而偏向团聚状况,为使胶体体系具有疏散稳定性,必需进步粒子间的排斥力。胶体间的稳固机制一样平常可分为三种:

      1)静电稳固机制(Electrostatic stabilization)

      2)立体停滞(Steric hindrance)

      3)静电立体稳固感化(Electrosteric stabilization),稳固机制如下图所示:

                                       


     静电稳固机制是应用粒子的外面电荷所形成的排斥力,当粒子相互果吸引力靠近时,形成胶体粒子的双电层重迭,因为粒子外面带同性电荷,因而发生排斥力。

     但是静电稳固机制易受溶液体系中的电解质浓度影响,当溶液内的电解质浓度过高时将形成粒子外面双电层紧缩,反而形成粒子的凝结。立体停滞的稳固机制是应用高分子吸附于胶体粒子外面,其感化会发生两种差别的效应提拔粒子间的排斥力:

     1)渗透压效应(Osmotic Effect)

     是当两胶体粒子靠近时,高分子长链吸附于粒子外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度不断提高将引发渗透压的转变,四周介质进入两粒子之间,排开相互间隔,而到达疏散稳固的结果。

      2)空间限定效应(Volume restriction effect)

      为吸附于粒上外面的高分子具有肯定的空间障碍,当粒子间隔收缩,因为高分子并没法穿透粒子,高分子将发生紧缩,以致弹性自由能上升,因此排开粒子,到达疏散的结果。

      相较于静电稳固机制,高分子立体停滞具有很多长处。静电稳固机制极轻易受情况影响而落空结果,没法应用于下电解质情况或是有机体系溶液。

      但是高分子立体停滞对电解质浓度相对不敏感,并且于水溶液或在有机溶剂中具有相称的效力,而且高分子立体停滞亦不果胶体固含量而影响结果。高分子吸附于胶体粒子外面时,纵然发生团聚亦为硬团聚,可简朴的排除团聚征象,纵然胶体粒子经由枯燥顺序,仍旧是能够再度疏散于溶剂中。

      因而立体停滞关于疏散稳定性的感化相对较静电稳固效应下。静电立体稳固感化则是同时具有静电稳固机制取立体停滞,粒子外面所接枝的高分子上带有电荷,使两种差别稳固机制加成,可让胶体粒子具有优越的疏散稳定性。




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