锂电池搅拌工艺知识
锂电池搅拌工艺知识
01 锂电搅拌概述
在锂离子电池电化学反应过程中起主要作用的正负极活性物质通常是以薄极片的形式粘附在相似的薄集流体上,构成锂离子电池的基本结构单元。而制造极片的首要步骤是要将活性物质和其它功能组分制成完全可塑的流体(即浆料),这一步骤就是搅拌。
在锂离子电池行业,浆料搅拌是将活性物质、导电剂、分散剂、粘结剂、添加剂等功能组分以及溶剂按照一定的比例和顺序加入到搅拌设备中,在设备产生的翻动、揉捏、剪切等机械作用下混合在一起,形成均匀稳定并适合涂布的固液悬浮体系。
02搅拌的要求和功能
搅拌的目的是为了制备浆料,而好的浆料必须满足以下六点要求:
● 均匀性好;
● 分散性好;
● 稳定性好;
● 高固含量;
● 过滤顺畅;
● 合适的粘度。
除了上述6条之外,某些时候对浆料还会有特殊的功能要求,如形成特定的微观结构。例如,Binder或导电剂在活性物质颗粒表面形成包覆。
03搅拌过程三要素
在制备浆料的过程中,要想得到上述的好浆料,不管采用何种搅拌方式,都需要考虑搅拌工艺对材料施加的作用原理,归纳起来,就是三个关键要素:润湿、分散、稳定。润湿是指液体在与固体接触时,沿固体表面扩展的现象,即液体取代气体占据固体表面,又称为液体润湿固体。通常用接触角来反映润湿的程度。在液、固、气三相的交界处作液体表面的切线与固体表面的切线(如图),两切线通过液体内部所成的夹角θ即称为接触角。当θ为锐角时,液体在固体表面上扩展,即液体润湿固体;θ=0时,叫做完全润湿;θ为钝角时,液体表面收缩而不扩展,液体不润湿固体,简称不润湿;当θ=π时,称为完全不润湿。
锂离子电池浆料搅拌常用的溶剂就是NMP和去离子水,而需要被润湿的固体则是正负极活性物质、导电剂颗粒。当溶剂不能很好的自发润湿固体时,例如去离子水和石墨,则可以看到浸入水中的石墨颗粒倾向于团聚(如图),以保持固-固界面,并且颗粒之间还会保有薄层吸附气体,形成固-气界面。如果搅拌设备不能施加足够的机械力,则团聚颗粒不能被分散开。即使用强机械力分散开,颗粒在运动静置之前还是会再次团聚,即分散状态不能稳定保持。反之,当溶剂能很好的自发润湿固体时,例如NMP和石墨,NMP迅速排除石墨表面的气体,形成固-液界面,将颗粒与颗粒之间隔离开来,自然而然就形成了分散状态,不需要太强的机械力就能搅拌成均匀分散的状态。