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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(zhuan):將物料(liao)進行混合(he)均勻,高固含量下通過擠壓、摩擦作用(yong)將顆粒破碎掉。

自轉(zhuan):利用高速轉動形成湍流和撞擊將(jiang)大顆粒破碎掉,是影響(xiang)顆粒分散(san)的主要原因。
攪拌時(shi)間:對于(yu)石(shi)墨,需2h高速(su)分(fen)散,延長分(fen)散時(shi)間對顆粒度影響不大。
溫(wen)度:溫(wen)度(du)直(zhi)接影(ying)響(xiang)分(fen)子的擴(kuo)散,溫(wen)度(du)如太低,不利于(yu)分(fen)子擴(kuo)散和(he)傳質過程,但(dan)溫(wen)度(du)過高會產生(sheng)(sheng)負面(mian)影(ying)響(xiang),如溫(wen)度(du)過高會導致PVDF發生(sheng)(sheng)性(xing)變,粘度(du)會很差,特(te)別(bie)對于(yu)高堿性(xing)的活性(xing)材料,在(zai)高溫(wen)攪拌時更容(rong)易(yi)產生(sheng)(sheng)凝聚(ju)問(wen)題(ti)。

真空度:抽真(zhen)空的目的是防(fang)止高速攪拌(ban)過程中空氣(qi)溶解于漿料中。

二、分散不好對電芯性能的影響:

1.電(dian)子電(dian)導差:在石墨負極體系(xi)中,SP為鏈狀結構,包覆在石墨表面,填充石墨間間隙,起傳導電子作用,同時能提(ti)高極片保液量,導電劑(ji)與石墨分散不好,電子電導差。

2.石墨間(jian)導電作用差:循環過(guo)程中石(shi)墨碎化,間(jian)距逐漸增大,導電劑起到連通石(shi)墨間(jian)導電作用。

3.漿料團聚:CMC分(fen)(fen)子(zi)為高分(fen)(fen)子(zi)鏈狀(zhuang)結構,羧甲(jia)基及羥基等(deng)具有親水性,當CMC溶解(jie)于水中時(shi),親水基團(tuan)首先與水分(fen)(fen)子(zi)間(jian)形成作(zuo)用(yong)力發生溶脹,分(fen)(fen)子(zi)鏈之間(jian)團(tuan)聚(ju),因此需(xu)較(jiao)高的(de)剪切作(zuo)用(yong)克(ke)服CMC與水分(fen)(fen)子(zi)之間(jian)的(de)作(zuo)用(yong)力,將CMC分(fen)(fen)散開。

4.影響電芯動力學:SBR具(ju)有導電(dian)子與導離(li)子作用,未分散好影響電(dian)芯動力學,循環過程中體積反(fan)復膨脹,石墨間(jian)間(jian)距增大(da),SBR對石墨起束(shu)縛(fu)作用。

三、漿料生產常用的評估方法:

流變性:粘度(du)測試

穩定性(xing):振蕩測試(shi)、蠕(ru)變測試(shi)、松弛測試(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(gan)混(hun):使粉(fen)體(ti)充分混(hun)合(he)(he),固體(ti)之(zhi)間(jian)(jian)的混(hun)合(he)(he)比在液體(ti)下固體(ti)間(jian)(jian)的混(hun)合(he)(he)容易多了。同時防止CMC團聚,縮短CMC溶(rong)解時間(jian)(jian)。
(2)捏(nie)合:高固(gu)含量(liang)下(xia)漿(jiang)(jiang)料(liao)(liao)比較(jiao)硬,攪拌(ban)槳(jiang)運動時(shi)可以對(dui)(dui)漿(jiang)(jiang)料(liao)(liao)進(jin)行摩擦剪切(qie),同時(shi)由于(yu)(yu)攪拌(ban)槳(jiang)呈(cheng)麻(ma)花(hua)結構,運動時(shi)會對(dui)(dui)漿(jiang)(jiang)料(liao)(liao)產(chan)(chan)生向下(xia)的擠壓(ya)作(zuo)用(yong)。一(yi)方面(mian)可以使(shi)大(da)顆粒破碎掉(diao),另外(wai)使(shi)CMC包覆(fu)在石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian),由于(yu)(yu)CMC帶正電(dian),包覆(fu)在石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian)后(hou)形成(cheng)雙電(dian)層結構,石(shi)墨(mo)間(jian)由于(yu)(yu)靜電(dian)排(pai)斥,可以防止石(shi)墨(mo)顆粒間(jian)團聚。生產(chan)(chan)采(cai)用(yong)60~63%固(gu)含量(liang)攪拌(ban),出于(yu)(yu)對(dui)(dui)設備損耗的考慮,由于(yu)(yu)生產(chan)(chan)采(cai)用(yong)200L和650L的攪拌(ban)罐,高固(gu)含量(liang)下(xia),電(dian)機功率無法承(cheng)受,因此(ci)采(cai)用(yong)低粘度攪拌(ban)。低粘度下(xia)不(bu)利于(yu)(yu)CMC的包覆(fu),因此(ci)攪拌(ban)時(shi)間(jian)須(xu)延長。
(3)第二步(bu)加CMC:CMC分子鏈基團與水分子存在氫鍵作用,懸浮(fu)在溶(rong)液(ye)中形成龐大的空間位阻,防止漿料(liao)沉降。

(4)攪拌(ban)分散時間:使(shi)CMC充分溶(rong)解。生產采用2h攪拌(ban)是利用漿(jiang)(jiang)料(liao)剪切變(bian)稀的(de)原理(li)降低(di)漿(jiang)(jiang)料(liao)粘(zhan)度,使(shi)漿(jiang)(jiang)料(liao)可以做到較高固含量。

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(nie)合固含量:第一步加水后漿料(liao)的固含(han)量(liang)(liang),石墨最佳捏(nie)合(he)固含(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)69%~70%。捏(nie)合(he)固含(han)量(liang)(liang)偏(pian)高,CMC未能充分(fen)包覆在(zai)(zai)石墨表(biao)面,固含(han)量(liang)(liang)偏(pian)低,CMC不能均勻分(fen)散(san)開。合(he)適(shi)的捏(nie)合(he)固含(han)量(liang)(liang)漿料(liao)軟硬(ying)適(shi)中(zhong),表(biao)面有光澤。
b. 捏合(he)時間:特(te)別(bie)是第二步加入CMC后的捏合時(shi)間(jian),如果不能很精確的把控時(shi)間(jian),捏合時(shi)間(jian)控制在10~20min,但不要(yao)超過(guo)20min,到時(shi)間(jian)后可以將(jiang)攪(jiao)拌(ban)分散(san)電機關掉。捏合時(shi)間(jian)過(guo)長漿料粘度和穩定性將(jiang)顯著降低。
c. 加(jia)SBR后分(fen)散(san):SBR表面包覆(fu)一(yi)(yi)層(ceng)表面活性劑,當受到大的剪切(qie)力時會(hui)破(po)(po)乳導致(zhi)漿料呈凝膠狀態(tai),為了防止SBR破(po)(po)乳,一(yi)(yi)般(ban)(ban)不會(hui)開(kai)啟很高的分(fen)(fen)(fen)散(san)速度,但低速分(fen)(fen)(fen)散(san)下一(yi)(yi)般(ban)(ban)的SBR很少(shao)有(you)破(po)(po)乳現象,加SBR后開(kai)啟分(fen)(fen)(fen)散(san)槳延長分(fen)(fen)(fen)散(san)時間,使(shi)CMC充分(fen)(fen)(fen)溶(rong)解(jie)

d. 慢攪抽真空:除去漿料(liao)中的空(kong)氣,快速攪拌分(fen)散(san)過(guo)程中會有部(bu)分(fen)空(kong)氣溶(rong)解(jie)于漿料(liao)中,涂布時(shi)會出(chu)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)
不同攪拌槳方式對漿料(liao)過(guo)程參數(shu)的影響:

負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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