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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(liao)進行混合(he)均(jun)勻,高固(gu)含量下(xia)通過擠壓、摩(mo)擦作用將顆粒破碎掉。

自轉:利用高(gao)速轉(zhuan)動形(xing)成湍流和撞擊將(jiang)大顆粒破碎掉(diao),是影響顆粒分散的(de)主要原因(yin)。
攪拌(ban)時間:對(dui)于石墨(mo),需(xu)2h高速(su)分(fen)散(san),延長分(fen)散(san)時間對(dui)顆粒度影響(xiang)不大。
溫度(du):溫(wen)度直接影響(xiang)分子的擴散,溫(wen)度如(ru)太低,不利于分子擴散和(he)傳質過程,但溫(wen)度過高(gao)(gao)會(hui)(hui)產(chan)生負面影響(xiang),如(ru)溫(wen)度過高(gao)(gao)會(hui)(hui)導致PVDF發生性(xing)變,粘度會(hui)(hui)很差,特(te)別對(dui)于高(gao)(gao)堿性(xing)的活性(xing)材料,在高(gao)(gao)溫(wen)攪(jiao)拌時更容易(yi)產(chan)生凝聚問題。

真空(kong)度(du):抽真(zhen)空的目的是防止高速(su)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:在(zai)石(shi)墨(mo)負極體系中,SP為鏈狀結構,包覆在(zai)石(shi)墨(mo)表面,填充石(shi)墨(mo)間間隙,起傳導(dao)電(dian)子作用,同時能提高極片保液(ye)量,導(dao)電(dian)劑(ji)與(yu)石(shi)墨(mo)分散(san)不好,電(dian)子電(dian)導(dao)差。

2.石墨(mo)間導電(dian)作用差:循環過(guo)程中石(shi)墨(mo)碎(sui)化(hua),間距(ju)逐漸增大(da),導電(dian)(dian)劑起到連通石(shi)墨(mo)間導電(dian)(dian)作用(yong)。

3.漿料(liao)團聚(ju):CMC分(fen)(fen)子為高分(fen)(fen)子鏈狀(zhuang)結(jie)構,羧(suo)甲基及羥基等具有親水(shui)性(xing),當(dang)CMC溶(rong)解于水(shui)中時,親水(shui)基團首(shou)先與(yu)水(shui)分(fen)(fen)子間(jian)形成作(zuo)用力(li)發生溶(rong)脹,分(fen)(fen)子鏈之間(jian)團聚(ju),因此需較高的(de)剪(jian)切(qie)作(zuo)用克服CMC與(yu)水(shui)分(fen)(fen)子之間(jian)的(de)作(zuo)用力(li),將(jiang)CMC分(fen)(fen)散開。

4.影響電芯動力學:SBR具有導電子(zi)與導離子(zi)作用,未(wei)分(fen)散好影響電芯動力學,循環過程中體積反復膨脹(zhang),石(shi)墨(mo)間間距增大,SBR對石(shi)墨(mo)起束(shu)縛作用。

三、漿料生產常用的評估方法:

流變性:粘度測試(shi)

穩定性:振(zhen)蕩(dang)測試、蠕變(bian)測試、松弛(chi)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(fen)體(ti)(ti)充分混(hun)合(he),固體(ti)(ti)之間的混(hun)合(he)比在液體(ti)(ti)下固體(ti)(ti)間的混(hun)合(he)容易多了(le)。同時防止CMC團聚,縮短(duan)CMC溶解時間。
(2)捏合:高固含量下(xia)漿(jiang)料(liao)比(bi)較(jiao)硬,攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳運動(dong)時(shi)可(ke)以(yi)對漿(jiang)料(liao)進(jin)行摩擦(ca)剪切,同時(shi)由(you)于(yu)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳呈麻花結構(gou),運動(dong)時(shi)會對漿(jiang)料(liao)產(chan)生(sheng)向下(xia)的(de)(de)擠壓(ya)作(zuo)用(yong)(yong)。一方面(mian)可(ke)以(yi)使(shi)大(da)顆(ke)粒破碎掉,另外使(shi)CMC包覆(fu)在石墨(mo)表面(mian),由(you)于(yu)CMC帶(dai)正(zheng)電,包覆(fu)在石墨(mo)表面(mian)后形成(cheng)雙電層結構(gou),石墨(mo)間(jian)(jian)由(you)于(yu)靜電排(pai)斥,可(ke)以(yi)防止石墨(mo)顆(ke)粒間(jian)(jian)團聚。生(sheng)產(chan)采(cai)(cai)用(yong)(yong)60~63%固含量攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban),出于(yu)對設(she)備(bei)損(sun)耗的(de)(de)考慮(lv),由(you)于(yu)生(sheng)產(chan)采(cai)(cai)用(yong)(yong)200L和650L的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)罐(guan),高固含量下(xia),電機功(gong)率無(wu)法承受,因此采(cai)(cai)用(yong)(yong)低粘度攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)。低粘度下(xia)不利于(yu)CMC的(de)(de)包覆(fu),因此攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)時(shi)間(jian)(jian)須延長。
(3)第二步加CMC:CMC分子(zi)鏈基團與水(shui)分子(zi)存(cun)在(zai)氫鍵作用,懸浮在(zai)溶液(ye)中形成龐大的空間(jian)位阻,防(fang)止(zhi)漿料(liao)沉(chen)降。

(4)攪拌(ban)分散時間:使(shi)CMC充分溶解。生產采用2h攪(jiao)拌(ban)是利(li)用漿料剪切變(bian)稀的原理降低(di)漿料粘度,使(shi)漿料可以(yi)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(he)固含量:第一步加(jia)水(shui)后漿料的固含(han)(han)(han)量,石(shi)墨最佳捏合(he)固含(han)(han)(han)量在69%~70%。捏合(he)固含(han)(han)(han)量偏高,CMC未能(neng)充分包覆在石(shi)墨表(biao)面(mian),固含(han)(han)(han)量偏低,CMC不能(neng)均勻分散開(kai)。合(he)適的捏合(he)固含(han)(han)(han)量漿料軟硬適中,表(biao)面(mian)有光澤(ze)。
b. 捏合時間(jian):特別是第二步加(jia)入CMC后的(de)捏合(he)時間,如果不能很精確的(de)把控時間,捏合(he)時間控制(zhi)在10~20min,但不要超(chao)過20min,到(dao)時間后可以將攪(jiao)拌分散電機關(guan)掉。捏合(he)時間過長漿料(liao)粘度和(he)穩定性將顯著降低。
c. 加SBR后分散: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(hui)破(po)乳導致漿(jiang)料呈(cheng)凝膠狀(zhuang)態,為了防止(zhi)SBR破(po)乳,一(yi)般(ban)不會(hui)開啟很高的分(fen)散速(su)度,但低速(su)分(fen)散下(xia)一(yi)般(ban)的SBR很少有(you)破(po)乳現象,加SBR后開啟分(fen)散槳延長分(fen)散時間(jian),使CMC充分(fen)溶解

d. 慢攪抽真(zhen)空:除(chu)去漿(jiang)料中(zhong)(zhong)的空(kong)氣,快速攪拌分(fen)散過程中(zhong)(zhong)會(hui)有部(bu)分(fen)空(kong)氣溶解于(yu)漿(jiang)料中(zhong)(zhong),涂布時(shi)會(hui)出現氣泡。

(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(jiang)方式對漿料過程參數的影響(xiang):

負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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