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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(gong)轉:將物(wu)料進行(xing)混合均勻,高(gao)固含量下通過擠壓(ya)、摩(mo)擦(ca)作(zuo)用將顆粒破碎掉。

自轉:利用高(gao)速轉動形(xing)成湍(tuan)流和撞擊將大顆(ke)(ke)粒(li)破碎(sui)掉,是影響顆(ke)(ke)粒(li)分散(san)的(de)主要原因。
攪拌時間:對(dui)于石墨,需2h高速分散,延長分散時間對(dui)顆粒度影(ying)響不大。
溫度:溫(wen)度(du)直(zhi)接影(ying)響分子的擴散(san),溫(wen)度(du)如太低(di),不利于(yu)分子擴散(san)和傳(chuan)質過(guo)程,但溫(wen)度(du)過(guo)高會(hui)產(chan)生負面(mian)影(ying)響,如溫(wen)度(du)過(guo)高會(hui)導致PVDF發生性(xing)變(bian),粘度(du)會(hui)很差,特別對于(yu)高堿性(xing)的活性(xing)材料,在(zai)高溫(wen)攪拌(ban)時(shi)更容易產(chan)生凝聚問題(ti)。

真空(kong)度:抽真空的目的是防止(zhi)高速攪拌過程中空氣溶解于漿料(liao)中。

二、分散不好對電芯性能的影響:

1.電子電導差(cha):在石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極體(ti)系(xi)中,SP為鏈狀結構,包覆在石(shi)墨(mo)(mo)(mo)表面,填充石(shi)墨(mo)(mo)(mo)間(jian)間(jian)隙(xi),起(qi)傳導電(dian)(dian)子作用,同時能提高極片保液量,導電(dian)(dian)劑與石(shi)墨(mo)(mo)(mo)分散不(bu)好,電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導差。

2.石墨間導電作用差:循環過程中石(shi)(shi)墨碎化,間距(ju)逐(zhu)漸增大,導(dao)(dao)電劑起到連通(tong)石(shi)(shi)墨間導(dao)(dao)電作(zuo)用。

3.漿料團聚:CMC分子為高分子鏈(lian)狀結構,羧甲基(ji)及羥基(ji)等具有親水(shui)(shui)(shui)性,當CMC溶(rong)解于(yu)水(shui)(shui)(shui)中時,親水(shui)(shui)(shui)基(ji)團(tuan)首先與水(shui)(shui)(shui)分子間形成作用(yong)(yong)力(li)發生溶(rong)脹,分子鏈(lian)之間團(tuan)聚,因此需較(jiao)高的剪切作用(yong)(yong)克服CMC與水(shui)(shui)(shui)分子之間的作用(yong)(yong)力(li),將CMC分散開。

4.影響電芯(xin)動力學:SBR具有導(dao)電(dian)子(zi)與導(dao)離子(zi)作(zuo)(zuo)用,未分散好影響(xiang)電(dian)芯動(dong)力(li)學(xue),循環過程中體(ti)積(ji)反復膨脹,石(shi)墨(mo)間間距增大,SBR對(dui)石(shi)墨(mo)起束縛作(zuo)(zuo)用。

三、漿料生產常用的評估方法:

流變性:粘(zhan)度測試

穩定性:振蕩測(ce)試(shi)(shi)、蠕變測(ce)試(shi)(shi)、松弛(chi)測(ce)試(shi)(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(hun):使粉體(ti)(ti)充分混(hun)合,固體(ti)(ti)之間的混(hun)合比在液體(ti)(ti)下固體(ti)(ti)間的混(hun)合容易多了(le)。同時防(fang)止CMC團聚,縮短CMC溶解(jie)時間。
(2)捏合:高固含(han)量(liang)下(xia)漿(jiang)料(liao)(liao)比較硬,攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳(jiang)(jiang)運動時(shi)可(ke)以(yi)對(dui)漿(jiang)料(liao)(liao)進行摩擦剪切,同時(shi)由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳(jiang)(jiang)呈麻花結構,運動時(shi)會(hui)對(dui)漿(jiang)料(liao)(liao)產(chan)生(sheng)向下(xia)的(de)擠壓作(zuo)用(yong)(yong)。一方(fang)面(mian)可(ke)以(yi)使大顆粒破碎(sui)掉,另外使CMC包覆(fu)在(zai)石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian),由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)CMC帶正電(dian)(dian),包覆(fu)在(zai)石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian)后形成雙電(dian)(dian)層結構,石(shi)墨(mo)間(jian)由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)靜電(dian)(dian)排斥,可(ke)以(yi)防止(zhi)石(shi)墨(mo)顆粒間(jian)團聚。生(sheng)產(chan)采用(yong)(yong)60~63%固含(han)量(liang)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban),出于(yu)(yu)(yu)對(dui)設備損耗的(de)考慮,由(you)(you)于(yu)(yu)(yu)生(sheng)產(chan)采用(yong)(yong)200L和650L的(de)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)罐,高固含(han)量(liang)下(xia),電(dian)(dian)機功率無法承(cheng)受(shou),因此(ci)采用(yong)(yong)低粘度攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)。低粘度下(xia)不利(li)于(yu)(yu)(yu)CMC的(de)包覆(fu),因此(ci)攪(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)時(shi)間(jian)須延(yan)長。
(3)第二步加CMC:CMC分子(zi)鏈基團與水分子(zi)存在氫(qing)鍵作用,懸浮在溶(rong)液中(zhong)形成龐(pang)大的空(kong)間位(wei)阻,防止漿料沉降。

(4)攪拌分散時(shi)間:使CMC充(chong)分溶(rong)解。生產采用2h攪拌是(shi)利用漿料(liao)剪切變稀的原理降低漿料(liao)粘度,使漿料(liao)可(ke)以做到較高固含量。

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(gu)含量(liang):第一步加水后漿料的固(gu)含(han)量(liang),石墨最佳捏(nie)(nie)合(he)固(gu)含(han)量(liang)在69%~70%。捏(nie)(nie)合(he)固(gu)含(han)量(liang)偏高,CMC未能充(chong)分包覆在石墨表面(mian),固(gu)含(han)量(liang)偏低,CMC不能均勻分散開。合(he)適(shi)的捏(nie)(nie)合(he)固(gu)含(han)量(liang)漿料軟硬(ying)適(shi)中,表面(mian)有光(guang)澤。
b. 捏合時間:特別是第二(er)步加入CMC后的捏合時(shi)(shi)間(jian),如果不能很精(jing)確的把控時(shi)(shi)間(jian),捏合時(shi)(shi)間(jian)控制在10~20min,但不要超過20min,到時(shi)(shi)間(jian)后可以將(jiang)攪拌(ban)分散電機關掉。捏合時(shi)(shi)間(jian)過長漿料粘度(du)和穩(wen)定性將(jiang)顯(xian)著(zhu)降低(di)。
c. 加(jia)SBR后分散(san):SBR表面(mian)包覆一(yi)層表面(mian)活性劑,當受到大的剪切力時會破(po)(po)乳導致漿料(liao)呈凝膠狀(zhuang)態,為了防止SBR破(po)(po)乳,一(yi)般不會開(kai)(kai)啟很(hen)高(gao)的分(fen)散(san)(san)速(su)度(du),但低速(su)分(fen)散(san)(san)下一(yi)般的SBR很(hen)少(shao)有破(po)(po)乳現象,加SBR后開(kai)(kai)啟分(fen)散(san)(san)槳延(yan)長分(fen)散(san)(san)時間,使CMC充分(fen)溶解

d. 慢攪抽真(zhen)空(kong):除去漿料中的空氣(qi),快速攪拌(ban)分散過程中會有部分空氣(qi)溶解于漿料中,涂布(bu)時(shi)會出(chu)現氣(qi)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)
不同攪拌槳方(fang)式(shi)對漿料過程(cheng)參(can)數的影響(xiang):

負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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