鋰電池極片厚度一般為40-200μm左右，其中極片厚度根據(jù)電池種類（高能量、高功率等）的不同而變化。如果想要鋰電池具有好的電化學(xué)性能，極片必須要前中后厚度一致，且表面平滑，沒有缺陷。在排除涂布工藝的條件下，漿料制備是決定其質(zhì)量好壞的關(guān)鍵程序。好的鋰電池漿料粘度穩(wěn)定不易發(fā)生變化，顆粒粒徑小，涂布干燥后無(wú)明顯顆粒感，無(wú)氣泡等異物。那么，漿料制備過程中，需要注意的主要有兩方面：一方面是將最初的物料分散均勻；另一方面是阻止原材料之間相互作用而引起的二次團(tuán)聚。所以，攪拌過程的目的就是要把原始狀態(tài)的物料分散、混合均勻，同時(shí)也要防止顆粒間再次團(tuán)聚。

鋰電池極片分為正極極片、負(fù)極極片，兩種極片所用活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑等隨電池體系不同而不同。將這樣一個(gè)復(fù)雜的多相體系混合成均一性良好的懸浮漿料需要較多的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。物料的粒徑越小，形狀越怪就越難以分散，特別是導(dǎo)電劑炭黑，經(jīng)常在攪拌過程中二次團(tuán)聚成大塊，不僅沒有起到良好的導(dǎo)電作用，還會(huì)影響電池的比能量。炭黑不僅可以用于鋰電池還可用于塑料、高分子等行業(yè)，所以關(guān)于炭黑的分散研究很多。根據(jù)目前的研究報(bào)告，團(tuán)聚物的分散可以有以下幾種方式：

左邊第一種分散情況(erosion)發(fā)生在較弱機(jī)械力作用下，此時(shí)物料隨著機(jī)械力發(fā)生流動(dòng)，形成大小不一的顆粒團(tuán)聚體。在此過程中，小碎片的物料逐漸從大團(tuán)聚物上剝離下來(lái)，形成了二次顆粒。當(dāng)外在機(jī)械力超過一定的臨界值時(shí)，顆粒的破碎（rupture）就會(huì)突然發(fā)生，如上圖中間所示。如果機(jī)械能量高達(dá)一定程度，和時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒間會(huì)發(fā)生繼續(xù)破碎，不過這種現(xiàn)象出現(xiàn)概率較低。

在鋰電池漿料制備過程中，材料間的接觸形式可能有上圖中所示三種狀態(tài)。首先炭黑的結(jié)構(gòu)不容易被改變，且其分布比較均勻，以structure1存在。隨著機(jī)械攪拌的進(jìn)行，導(dǎo)電劑的解聚和分散會(huì)同時(shí)發(fā)生，最后導(dǎo)電劑完全包覆在活物質(zhì)表面。

       從原材料顆粒間單獨(dú)存在到變成混合均勻的物質(zhì)是一個(gè)很重要的過程。整個(gè)過程可以分為固體粉末態(tài)（I）、混合潤(rùn)濕態(tài)（II）以及最后形成的懸浮態(tài)(III)。其過程控制如下圖所示。

在此過程中每一階段的特征、優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)如下表所示：

       在干混階段，設(shè)備的輸入能量大小、機(jī)械力大小以及活物質(zhì)的顆粒大小都影響著導(dǎo)電劑的分散。此外，物料的團(tuán)聚受空氣濕度影響很大。

       潤(rùn)濕狀態(tài)是由固體粉末中第一次加入溶劑開始的，潤(rùn)濕程度取決于粉料對(duì)液體的飽和程度以及粘附和應(yīng)力狀態(tài)。在此過程中，不斷發(fā)生著分散和團(tuán)聚，同時(shí)改變著混合料的混合狀態(tài)。當(dāng)凝膠點(diǎn)或完全飽和狀態(tài)達(dá)到之后，不再有大的力量輸入同時(shí)顆粒間的相互作用力也降低了，隨后就可以稀釋將其降到想要達(dá)到的固含量。在稀釋懸浮液階段，涉及到了漿料的流體力學(xué)和剪切力，流體流動(dòng)條件下，攪拌機(jī)對(duì)顆粒施加的剪切力促使物料處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

       不同的加工控制過程對(duì)物質(zhì)原材料施加的力不同，會(huì)造成顆粒的分散均勻程度，尤其是對(duì)于炭黑導(dǎo)電劑來(lái)說(shuō)，變化的應(yīng)力強(qiáng)度對(duì)極片的電子傳導(dǎo)率、電池容量、電流密度均勻很大影響，故了解漿料制備過程中的物料混合階段的狀態(tài)是非常必要的。

鋰離子電池由四大主材構(gòu)成：正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜，其中負(fù)極材料是作為鋰離子脫嵌的載體存在的。當(dāng)然，能夠作為鋰離子電池負(fù)極材料的物質(zhì)有很多，包括碳材料、含碳化合物以及非碳材料。碳材料中的石墨是應(yīng)用最廣、性能最穩(wěn)定和電解液適配性較好的負(fù)極材料。

       石墨作為負(fù)極材料，需要與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以及其它添加劑混合在一起，再加上溶劑制備成負(fù)極漿料，才能涂覆在集流體上制備成電極。但是，在制備石墨負(fù)極漿料的過程中，相信不少的技術(shù)人員遇到過或大或小的問題，例如耗時(shí)太長(zhǎng)、石墨沉降、粘度不穩(wěn)定、漿料顆粒大、氣泡多等等……那么，在解決這些問題之前，需要對(duì)各種材料的基本性質(zhì)做一下簡(jiǎn)單的梳理。在了解材料性能的基礎(chǔ)上，才能快、準(zhǔn)、好的解決所遇到的問題。本文主要介紹制備負(fù)極漿料所用材料的特性：

1.石墨

       石墨包括天然石墨、人造石墨，顆粒形狀種類多樣且不規(guī)則，主要有球形、片狀等。石墨屬于非極性物質(zhì)，容易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)中分散。其不易吸水，也不易在水溶液中分散，被污染的石墨在水中即使分散后也會(huì)重新發(fā)生團(tuán)聚。關(guān)于石墨的特性和要求，相信大家都很清楚，在此不做贅述。

2.導(dǎo)電劑

       導(dǎo)電劑的種類多種多樣，包括炭黑、CNT、石墨烯等，大多數(shù)是非極性。導(dǎo)電劑的作用是混于石墨材料間，構(gòu)成主要的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低鋰電池內(nèi)阻。導(dǎo)電劑的添加量一般較少，可以說(shuō)越少越好，約為2%以下。作為導(dǎo)電劑，一般要有足夠高的比表面積，這樣才能在盡量少的情況下提高電子傳輸速率。但是也會(huì)因此面臨易團(tuán)聚，不易分散的難題。

       關(guān)于導(dǎo)電劑的分散一直是個(gè)重點(diǎn)，隨著導(dǎo)電劑的種類從單純的炭黑，到CNT漿料，再到炭黑、CNT、石墨烯混合導(dǎo)電漿料，隨著其性狀的不同需要調(diào)整漿料制備的工藝。在鋰電池漿料制備文章【精品】鋰電池漿料性質(zhì)及關(guān)鍵影響因素分析中提到，漿料的制備主要會(huì)經(jīng)過物料干混、粉料潤(rùn)濕、粒子集群破碎、最后達(dá)到穩(wěn)定等階段，導(dǎo)電劑的分散則需要在粉料潤(rùn)濕和粒子集群破碎的階段完成，否則導(dǎo)電劑會(huì)重新團(tuán)聚，造成導(dǎo)電劑浪費(fèi)。在解決導(dǎo)電劑的分散問題時(shí)需要調(diào)整機(jī)械力大小和時(shí)間，以達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.CMC

CMC （羥甲基纖維素鈉）是一種重要的纖維素醚，是天然纖維經(jīng)過化學(xué)改性后所獲得的一種水溶性好的聚陰離子纖維素化合物，易溶于冷熱水，屬于中性物質(zhì)。CMC 具有增稠、分散、懸浮、粘合、成膜、保護(hù)膠體和保護(hù)水分等優(yōu)良性能，所以被選擇為石墨負(fù)極的分散劑和增稠劑。

CMC具有分散性和粘結(jié)性，但是在工業(yè)應(yīng)用上并不能單獨(dú)作為負(fù)極的粘結(jié)劑使用。在鋰電池的生產(chǎn)過程中，必須要兼顧鋰電池能量密度、電池內(nèi)阻等性質(zhì)，這就要求負(fù)極極片具有一定的體積密度（1.6g/cc左右），在這樣的情況下需要對(duì)涂布后的極片進(jìn)行輥壓壓實(shí)處理，而CMC具有較大的脆性，在經(jīng)過輥壓之后必然會(huì)導(dǎo)致極片結(jié)構(gòu)坍塌，出現(xiàn)掉粉、漏箔等現(xiàn)象。所以，CMC可以單獨(dú)使用的條件是：極片厚度較薄，不進(jìn)行滾壓工藝或者對(duì)極片的壓實(shí)密度不高的情況下。

另外在負(fù)極漿料制備過程中，需要注意的是攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)CMC的影響。CMC溶液具有假塑性，其粘度隨著溫度升高而降低，具有可逆性。在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速太快的情況下，CMC粘度會(huì)降低，從而影響到石墨負(fù)極的懸浮。

4.SBR粘結(jié)劑

       SBR（丁苯橡膠）是一種小分子線性鏈狀乳液，膠乳粒子單元是一種核殼結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)是共聚物分子鏈的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，外殼是親水性的極性基團(tuán)和表面活性劑。SBR是一種是一個(gè)親水性和親油性共存的物質(zhì)。水性基團(tuán)與箔材表面基團(tuán)結(jié)合形成粘結(jié)力，有利于分散性和漿料穩(wěn)定性，油性鏈段與負(fù)極石墨相結(jié)合形成粘結(jié)力，從而達(dá)到粘結(jié)的效果。

       但是，SBR也不能單獨(dú)用于石墨負(fù)極漿料中，這是因?yàn)?/span>SBR沒有分散的功能，同時(shí)太多的SBR也會(huì)使得極片在電解液中溶脹。

在鋰電池工業(yè)生產(chǎn)中，常常將CMC和SBR同時(shí)使用，兩者的結(jié)合使用就可以解決漿料粘度不穩(wěn)定、極片溶脹、脆性大等問題。商業(yè)化石墨材料屬于非極性物質(zhì)，不易親水，很難在水系中分散。CMC的一個(gè)作用就是作為分散劑，分散石墨和導(dǎo)電添加劑。另外，CMC遇水后會(huì)形成凝膠，使得漿料變稠（增稠劑），提高水系負(fù)極漿料的懸浮穩(wěn)定性。在漿料涂布時(shí)，因?yàn)?/span>CMC凝膠結(jié)構(gòu)的存在，既能保持水分也能穩(wěn)定漿料，在一定時(shí)間內(nèi)能夠保持漿料的均勻性，符合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要?？紤]到CMC的弊端，引入易溶于水的柔性分子SBR乳液，使?jié){料具有較好的粘結(jié)性，同時(shí)提高極片韌性，這樣極片在高壓實(shí)的情況下，極片也不會(huì)掉粉，輥壓后的極片粘接強(qiáng)度也高。

在CMC和SBR共同使用的情況下，需要注意的一點(diǎn)是SBR乳液的加入時(shí)機(jī)。因?yàn)?/span>SBR在長(zhǎng)時(shí)間的高剪切力下，極易發(fā)生破乳現(xiàn)象，降低極片的粘結(jié)性。

5.去離子水

       去離子水是弱極性分子，是負(fù)極漿料的溶劑。與溶劑相關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是固含量，在漿料制備過程中，固含量的大小關(guān)系著物料的分散和穩(wěn)定。

結(jié)語(yǔ)：

即使兩種不同合漿工藝最終的固相含量相同，漿料的流變性質(zhì)還是不一樣的。一步法合漿工藝的產(chǎn)品是凝膠狀，粉末單元在體積填充的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部相連，因此會(huì)存在類固體的性質(zhì)并伴隨較高粘度。多步合漿工藝制備的產(chǎn)品屬于低粘度的溶膠，顆粒單元是彼此分散的。這是因?yàn)樵诔跏茧A段，混合料中有較低的溶劑含量，顆粒之間接觸緊密，碰撞幾率大大高于一步合漿法。因此，較低的液相含量有助于顆粒團(tuán)聚體的破裂和分散。導(dǎo)電劑活物質(zhì)的均勻分散，宏觀上表現(xiàn)的就是電池極化較低，具有更好的循環(huán)性能和倍率性能。

       以上。