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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:將物料進(jin)行混合均(jun)勻,高固含量(liang)下(xia)通(tong)過擠壓(ya)、摩擦作用將顆粒破(po)碎(sui)掉。

自轉:利用高(gao)速(su)轉動形成湍流(liu)和撞擊將大顆粒(li)破(po)碎掉,是影響顆粒(li)分散的主要原因(yin)。
攪拌時(shi)間:對(dui)于石墨,需(xu)2h高速分(fen)散,延長(chang)分(fen)散時(shi)間對(dui)顆(ke)粒度影響(xiang)不大。
溫度:溫(wen)度直接(jie)影響(xiang)分子(zi)(zi)的擴(kuo)散,溫(wen)度如(ru)太低,不利于分子(zi)(zi)擴(kuo)散和傳質過程,但溫(wen)度過高(gao)會產生(sheng)(sheng)負面影響(xiang),如(ru)溫(wen)度過高(gao)會導致PVDF發生(sheng)(sheng)性(xing)變,粘(zhan)度會很差,特(te)別對于高(gao)堿性(xing)的活性(xing)材(cai)料,在高(gao)溫(wen)攪拌(ban)時(shi)更(geng)容易產生(sheng)(sheng)凝聚問題。

真空度(du):抽真空(kong)的目的是(shi)防止高速攪(jiao)拌過程(cheng)中空(kong)氣溶解(jie)于漿(jiang)料中。

二、分散不好對電芯性能的影響:

1.電子電導差:在石(shi)墨(mo)負極體系中,SP為鏈(lian)狀結構,包(bao)覆在石(shi)墨(mo)表(biao)面,填充石(shi)墨(mo)間間隙,起傳導(dao)(dao)電(dian)(dian)子作用,同時(shi)能提高極片保液量,導(dao)(dao)電(dian)(dian)劑與(yu)石(shi)墨(mo)分(fen)散不好(hao),電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導(dao)(dao)差(cha)。

2.石墨(mo)間導(dao)電作用差:循環過程(cheng)中石(shi)墨(mo)碎化,間距逐漸增大(da),導(dao)電劑(ji)起(qi)到連通(tong)石(shi)墨(mo)間導(dao)電作用(yong)。

3.漿料團聚:CMC分(fen)子為高分(fen)子鏈狀結構,羧甲基及羥基等具(ju)有(you)親水(shui)性,當CMC溶解于水(shui)中時,親水(shui)基團首先與(yu)水(shui)分(fen)子間形成作(zuo)用(yong)力發生溶脹,分(fen)子鏈之間團聚,因(yin)此需較高的剪切(qie)作(zuo)用(yong)克服(fu)CMC與(yu)水(shui)分(fen)子之間的作(zuo)用(yong)力,將(jiang)CMC分(fen)散開。

4.影響電芯動力學(xue):SBR具有導電子與(yu)導離子作用,未分(fen)散好(hao)影響(xiang)電芯(xin)動力(li)學,循(xun)環過程中(zhong)體積反復(fu)膨脹,石墨間間距增大,SBR對石墨起(qi)束縛(fu)作用。

三、漿料生產常用的評估方法:

流變(bian)性:粘度測試

穩定性:振蕩測試、蠕變測試、松弛測試

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)(ti)(ti)(ti)充分混(hun)(hun)合,固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)之間(jian)的混(hun)(hun)合比在液體(ti)(ti)(ti)(ti)下固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)間(jian)的混(hun)(hun)合容易多了。同時防止CMC團聚,縮(suo)短CMC溶解(jie)時間(jian)。
(2)捏合:高固含(han)量(liang)下漿料(liao)比較硬,攪拌槳運動(dong)時可以對(dui)漿料(liao)進行摩擦剪切,同時由(you)(you)于攪拌槳呈麻花(hua)結(jie)構,運動(dong)時會(hui)對(dui)漿料(liao)產生(sheng)向下的擠壓作用(yong)(yong)。一(yi)方(fang)面可以使(shi)大顆(ke)粒破碎掉(diao),另外使(shi)CMC包(bao)覆在石墨(mo)表面,由(you)(you)于CMC帶正(zheng)電(dian),包(bao)覆在石墨(mo)表面后(hou)形成雙(shuang)電(dian)層結(jie)構,石墨(mo)間由(you)(you)于靜電(dian)排斥,可以防止石墨(mo)顆(ke)粒間團聚。生(sheng)產采(cai)用(yong)(yong)60~63%固含(han)量(liang)攪拌,出于對(dui)設備損耗(hao)的考(kao)慮,由(you)(you)于生(sheng)產采(cai)用(yong)(yong)200L和650L的攪拌罐,高固含(han)量(liang)下,電(dian)機功率無(wu)法承受,因此(ci)采(cai)用(yong)(yong)低粘(zhan)度攪拌。低粘(zhan)度下不利于CMC的包(bao)覆,因此(ci)攪拌時間須延長。
(3)第二步加(jia)CMC:CMC分(fen)子(zi)鏈基團與水(shui)分(fen)子(zi)存在氫鍵作用,懸浮(fu)在溶(rong)液中形成(cheng)龐大的空間位(wei)阻,防止漿料沉降。

(4)攪拌分散時間:使CMC充分溶(rong)解。生產采(cai)用(yong)2h攪拌是利用(yong)漿料(liao)剪切(qie)變稀的原理降低漿料(liao)粘度(du),使漿料(liao)可以(yi)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. 捏合固含量(liang):第一步(bu)加水后漿料的固(gu)含量(liang)(liang)(liang),石(shi)墨最佳(jia)捏合固(gu)含量(liang)(liang)(liang)在69%~70%。捏合固(gu)含量(liang)(liang)(liang)偏高,CMC未能充分包覆在石(shi)墨表面,固(gu)含量(liang)(liang)(liang)偏低,CMC不能均勻(yun)分散(san)開。合適的捏合固(gu)含量(liang)(liang)(liang)漿料軟硬適中,表面有光澤。
b. 捏合時間:特別是第二(er)步加(jia)入CMC后的(de)捏(nie)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian),如果不能(neng)很精確的(de)把控時(shi)(shi)間(jian)(jian),捏(nie)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)控制在10~20min,但不要超過(guo)20min,到時(shi)(shi)間(jian)(jian)后可以將(jiang)攪拌分散電機關掉。捏(nie)合(he)時(shi)(shi)間(jian)(jian)過(guo)長漿(jiang)料粘(zhan)度和穩定(ding)性將(jiang)顯(xian)著(zhu)降低。
c. 加SBR后分散:SBR表面包覆一層表面活性劑,當受(shou)到大的(de)剪切力時會(hui)破(po)乳導致(zhi)漿(jiang)料呈凝膠狀態,為了防止SBR破(po)乳,一般(ban)(ban)不會(hui)開(kai)啟很高的(de)分(fen)散(san)速(su)度,但低速(su)分(fen)散(san)下(xia)一般(ban)(ban)的(de)SBR很少(shao)有破(po)乳現(xian)象,加SBR后開(kai)啟分(fen)散(san)槳延長分(fen)散(san)時間,使(shi)CMC充(chong)分(fen)溶解

d. 慢攪抽真空:除(chu)去漿料中的空氣,快速(su)攪拌分散過程中會有部分空氣溶(rong)解于(yu)漿料中,涂布時會出現氣泡(pao)。

(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)
不同攪拌(ban)槳方(fang)式對(dui)漿料過(guo)程參數的影響:

負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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