
我國電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期,由于核心技術的缺乏,以及對產(chǎn)權保護意識的薄弱,導致市場競爭力相對薄弱。
時至今日,我國電池產(chǎn)業(yè)基本走上了正軌,行業(yè)早已開始了優(yōu)勝劣汰的淘汰法則。誠然,掌握核心技術才是把握市場的關鍵。
眾所周知,鋰電池制造是由多個工藝機密聯(lián)合起來的生產(chǎn)過程,包括極片制造工藝、電池組裝工藝,以及注液、預充、化成、老化工藝。
其中,極片制造是鋰電池制造的核心工序,關系著電池電化學性能的好壞,制造過程可分為漿料制備、漿料涂覆,極片輥壓、極片分切等。
在鋰電池極片制造工序中,漿料制備過程又是其中的重中之重,分為正極漿料和負極漿料,主要包括干粉混合、半干泥狀捏合,以及稀釋分散。干粉混合指顆粒之間以點點、點面、點線形式接觸。
半干泥狀捏合階段在干粉混合均勻之后,加入粘結劑液體或溶劑,原材料被潤濕,呈泥狀。經(jīng)過攪拌機強力攪拌,物料受到機械力的剪切和摩擦,同時顆粒之間會有內(nèi)摩擦,在各個作用力下,原料顆粒之間趨于高度分散。對于成品漿料的粒度和粘度有至關重要的影響。
合漿后的漿料需要有較好的穩(wěn)定性,這是電池生產(chǎn)過程中保證電池一致性的一個重要指標。隨著合漿結束,攪拌停止,漿料會出現(xiàn)沉降、絮凝聚并等現(xiàn)象,從而產(chǎn)生大顆粒,會對后續(xù)涂布等工序造成較大影響。漿料穩(wěn)定性的主要參數(shù)有粒度、粘度、固含量等。
粒度是證明漿料質量的一個重要參數(shù),粒度大小對于涂布工序、輥壓工序以及電池性能有重要影響,理論上漿料粒度越小越好。當顆粒粒徑過大時,漿料穩(wěn)定性會受到影響,在擠壓式涂布過程中會出現(xiàn)堵料、極片干燥后麻點等情況,容易造成極片質量問題。
在后續(xù)的輥壓工序中,涂布不良處由于受力不均,極易造成極片斷裂、局部微裂紋,這對電池的循環(huán)性能、倍率性能和安全性能都會造成極大危害。此外,鋰電池正負極活物質、粘接劑、導電劑等主要材料粒徑大小不一,密度不同,在攪拌過程中會出現(xiàn)混合、擠壓、摩擦、團聚等多種不同的接觸方式。
在原材料被逐漸混勻、被溶劑潤濕、大塊物料破裂和逐漸趨于穩(wěn)定等階段中,會出現(xiàn)物料混合不勻、粘接劑溶解不良、細顆粒嚴重團聚、粘接劑性狀發(fā)生變化等情況,就會導致大顆粒的產(chǎn)生。解決這些問題,就需要選擇粘接劑。
目前,很多企業(yè)選擇的是粉狀粘接劑和液體溶解好的粘接劑,兩種不同的粘接劑決定了工藝的不同。采用粉狀粘結劑需要更長的時間來進行溶解,否則在后期會出現(xiàn)溶脹、回彈、粘度變化等。
此外,細顆粒之間的團聚不可避免,但是要保證物料之間有足夠大的摩擦力,能夠促使團聚顆粒出現(xiàn)擠壓、破碎,利于混合。這就需要控制好漿料在不同階段的固含量,太低的固含量會影響顆粒摩擦分散。
粘度是流體粘滯性的一種量度,是流體流動力對其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示。液體在流動時,在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質,稱為液體的黏性,粘性的大小用黏度表示。
電極漿料需要具有穩(wěn)定且恰當?shù)恼扯龋@對極片涂布工序至關重要。粘度過高或過低都不利于極片涂布,粘度高的漿料不容易沉淀,且過高的粘度不利于流平效果;而粘度低時雖然漿料流動性好,但干燥困難,降低了涂布的干燥效率,還會發(fā)生涂層龜裂、漿料顆粒團聚、面密度一致性不好等問題。
一般電池生產(chǎn)過程中,經(jīng)常出現(xiàn)的問題是粘度變化,主要表現(xiàn)為瞬時變化和靜止變化。瞬時變化是指在粘度測試過程中間就出現(xiàn)了劇烈變化,靜止變化是指漿料靜止放置一段時間后粘度會出現(xiàn)變化。
影響漿料粘度的因素主要有攪拌漿料的轉速、時間控制、配料順序、環(huán)境溫濕度等。漿料粘度本質上是由粘結劑決定。不同的漿料體系具有不同的粘度變化規(guī)律,目前主流的漿料體系為,正極是漿料PVDF/NMP油性體系,負極漿料是石墨/CMC/SBR水性體系。
固含量和漿料穩(wěn)定性有關,同種工藝與配方,漿料固含量越高,粘度越大,反之亦然。在一定范圍內(nèi),粘度越高,漿料穩(wěn)定性越高。電池制造一般是從電池容量反推卷芯厚度再到極片制造,而極片制造又與面密度、活物質密度、厚度等參數(shù)有關。
電池極片參數(shù)是通過涂布機和輥壓機進行調整,漿料的固含量對其并無直接影響,但固含量對于提高攪拌效率和涂布效率具有一定影響。主要表現(xiàn)為,固含量越高,漿料攪拌時間越短,所耗溶劑越少,涂布干燥效率越高,也就越節(jié)省時間。
此外,固含量對設備也有一定影響。高固含量漿料對設備的損耗較高,因為固含量越高,設備磨損越嚴重,所以高粘度攪拌工藝所獲得的漿料穩(wěn)定性要優(yōu)于常規(guī)攪拌工藝。
最后,高固含量漿料會影響生產(chǎn)流動性,非常挑戰(zhàn)涂布工序的設備和技術人員。但高固含量漿料可以減少涂層間厚度,降低電池內(nèi)阻。
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