鋰電池的配方與工藝流程主要有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-08 10:45
點(diǎn)擊量：次
1. 正負(fù)極配方
1.1 正極配方：LiCoO2+導(dǎo)電劑+粘合劑+集流體（鋁箔）
LiCoO2(10μm): 96.0%
導(dǎo)電劑（Carbon ECP） 2.0%
粘合劑（PVDF 761） 2.0%
NMP（增加粘結(jié)性）:固體物質(zhì)的重量比為8:15
a)正極粘度控制6000cps（溫度25℃ ）；
b) NMP重量須適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到粘度要求為宜；
c)特別注意溫度、濕度對(duì)黏度的影響
正極活性物質(zhì)：
鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8 μm，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(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7 μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，pH值為8左右。
導(dǎo)電劑：鏈狀物，含水量< 1%，粒徑一般為 1-5 μm。通常使用導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的超導(dǎo)碳黑，如科琴炭黑Carbon ECP和ECP600JD，其作用：提高正極材料的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性；提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，減少極化。
PVDF粘合劑：非極性物質(zhì)，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。用于將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。
NMP：弱極性液體，用來(lái)溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。
集流體（正極引線）：由鋁箔或鋁帶制成。
1.2 負(fù)極配方：石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑（CMC）+粘結(jié)劑（SBR）+ 集流體（銅箔）
負(fù)極材料（石墨）：94.5%
導(dǎo)電劑（Carbon ECP）：1.0%(科琴超導(dǎo)碳黑)
粘結(jié)劑（SBR）：2.25%(SBR = 丁苯橡膠膠乳）
增稠劑（CMC）：2.25%(CMC = 羧甲基纖維素鈉）
水：固體物質(zhì)的重量比為1600:1417.5
a) 負(fù)極黏度控制5000-6000cps（溫度25轉(zhuǎn)子3）
b) 水重量需要適當(dāng)調(diào)節(jié)，達(dá)到黏度要求為宜；
c) 特別注意溫度濕度對(duì)黏度的影響
2、正負(fù)混料
石墨：負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì)；主要分為天然石墨和人造石墨兩大類(lèi)。非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)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(tuán)聚。一般粒徑 D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。
導(dǎo)電劑：其作用為：
a) 提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
b) 提高反應(yīng)深度及利用率。
c) 防止枝晶的產(chǎn)生。
d) 利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。（可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加）。
添加劑：降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。
增稠劑/防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。
異丙醇：弱極性物質(zhì)，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(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。
乙醇：弱極性物質(zhì)，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(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度（異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的，大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種）。
水性粘合劑（SBR）：將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。
去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。
負(fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。
2.1正極混料 ：
2.1.1原料的預(yù)處理
1) 鈷酸鋰：脫水。一般用120 °C常壓烘烤2小時(shí)左右。
2) 導(dǎo)電劑：脫水。一般用200 °C常壓烘烤2小時(shí)左右。
3) 粘合劑：脫水。一般用120-140 °C常壓烘烤2小時(shí)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(shè)施，直接使用。
2.1.2物料球磨：
1) 4小時(shí)結(jié)束，過(guò)篩分離出球磨；
2) 將LiCoO2 和Carbon ECP倒入料桶，同時(shí)加入磨球（干料：磨球=1:1），在滾瓶及上進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速控制在60rmp以上
2.1.3 原料的摻和：
1) 粘合劑的溶解（按標(biāo)準(zhǔn)濃度）及熱處理。
2) 鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨：使粉料初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間一般為2h左右；為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
2.1.4 干粉的分散、浸濕：
原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)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(kāi)始爭(zhēng)奪固體表面；如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng)，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(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。
當(dāng)潤(rùn)濕角≤90°，固體浸濕。當(dāng)潤(rùn)濕角>90°，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(duì)容易。
分散方法對(duì)分散的影響：
1)靜置法（時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu)）；
2)攪拌法：自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)（時(shí)間短，效果佳，但有可能損傷個(gè)別材料的自身結(jié)構(gòu)）。
攪拌槳對(duì)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(lái)對(duì)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(tài)，效果佳。
攪拌速度對(duì)分散速度的影響。一般說(shuō)來(lái)攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。
濃度對(duì)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(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。
