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  • 锂电池正负极浆料搅拌工艺

    正极材料是锂离子电池的重要组成部分,对电池性能具有直接影响。目前市场上常见的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。

    搅拌原理

    通过搅拌叶和转动框的相互运动,在机械搅拌的情况下,可以生成和维持悬浮液,并增强液固相之间的质量传递。固液搅拌通常包括以下几个步骤:(1)固体颗粒的悬浮;(2)沉降颗粒的再悬浮;(3)悬浮颗粒渗入液体;(4)利用颗粒之间以及颗粒与桨之间的作用力使颗粒团聚体分散或者控制颗粒大小;(5)液固之间的质量传递。

    搅拌作用

    配料过程实际上是将浆料中的各种组分按照标准比例混合在一起,制备成均匀的浆料,以确保极片的一致性。配料通常包括以下五个主要步骤:原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。

    浆料参数

    粘度:

    流体的粘度是描述其阻抗力的属性。在流速为25 px/s的条件下,液体在每个25 px^2平面上所需的剪切应力称为动力粘度,单位为Pa·s。

    粘度是流体流动状态的一个重要参数,管道中的流体可以处于层流、过渡流或湍流三种状态。同样地,搅拌设备中的流体流动也存在这三种状态。

    其中,流体的粘度是决定这些状态的主要因素之一。在搅拌过程中,一般将粘度小于5 Pa·s的流体视为低粘度流体,例如水、蓖麻油、饴糖、果酱、蜂蜜、润滑油、重油和低粘度乳液等。

    粘度在5-50 Pa·s之间的流体被视为中粘度流体,例如油墨、牙膏等。而粘度在50-500 Pa·s之间的流体被视为高粘度流体,例如口香糖、增塑溶胶和固体燃料等。

    当粘度大于500 Pa·s时,流体被视为特高粘度流体,例如橡胶混合物、塑料熔体和有机硅等。

    颗粒度D50:

    浆料中50%体积的颗粒其粒径的大小范围。

    固含量:

    浆料内固体物质的含量百分比,理论配比固含量小于出货固含量。

    混合效果的度量

    以下是检测固液悬浮体系搅拌与混合均匀的一些常用方法:

    1、直接测量

    (1)粘度法:从悬浮体系不同位置取样,使用粘度计测量浆料的粘度。混合越均匀,浆料的粘度偏差越小。

    (2)颗粒度法:从悬浮体系不同位置取样,使用颗粒度刮板仪观察浆料的颗粒大小。颗粒大小越接近原材料粉末的大小,混合越均匀。

    从悬浮体系不同位置取样,使用激光衍射颗粒度测试仪观察浆料的颗粒大小分布。颗粒大小分布越接近正态分布,大颗粒和小颗粒的差异越小,混合越均匀。

    (3)比重法:从悬浮体系不同位置取样,测量浆料的密度。混合越均匀,浆料密度的偏差越小。

    2、间接测量

    (1)固含量法(宏观):从悬浮体系不同位置取样,经过适当的温度和时间的烘烤,测量固体份的重量。混合越均匀,固体份的重量偏差越小。

    (2)SEM/EPMA(微观):从悬浮体系不同位置取样,将样品涂布到基材上,烘干后使用扫描电子显微镜(SEM)或电子探针显微分析(EPMA)观察浆料干燥后膜片内颗粒或元素的分布。这种方法通常适用于悬浮体系中固体份为导体材料的情况。

    阳极搅拌工艺

    导电碳黑是一种用作导电剂的材料。它的作用是连接较大的活性物质颗粒,以提供较好的导电性能。

    丁苯橡胶(SBR)是一种用作粘接剂的共聚物乳胶。它的化学名为苯乙烯-丁二烯共聚物乳胶。这是一种水溶性乳胶,固含量通常在48-50%之间,pH值在4-7之间,凝固点约为-5至0℃,沸点约为100℃,储存温度在5-35℃之间。SBR是一种阴离子型聚合物分散体,具有良好的机械稳定性和可操作性,并具有很高的粘结强度。

    羧甲基纤维素钠(CMC)是一种用作增稠剂和稳定剂的物质。它通常呈白色或微黄色絮状纤维粉末或白色粉末,无味无臭,无毒。CMC易溶于冷水或热水,形成胶状溶液,溶液呈中性或微碱性,不溶于乙醇、乙醚、异丙醇、丙酮等有机溶剂,但可溶于含水60%的乙醇或丙酮溶液。

    它具有吸湿性,对光热稳定,并且粘度随温度升高而降低。CMC溶液在pH值为2至10之间是稳定的,pH值低于2时会产生固体析出,而pH值高于10时粘度会降低。CMC的变色温度为227℃,炭化温度为252℃,2%水溶液的表面张力为71mn/n。

    阳极搅拌、涂布工艺流程如下:

    阴极搅拌工艺

    导电碳黑(Conductive Carbon Black)是一种用作导电剂的物质。它的主要作用是连接较大的活性物质颗粒,以提高导电性能。

    NMP(N-甲基吡咯烷酮)是一种常用的搅拌溶剂。它的化学名为N-Methyl-2-pyrrolidone,分子式为C5H9NO。NMP是一种具有稍微氨味的液体,可以与水以任意比例混溶,并能与大多数溶剂(如乙醇、乙醛、酮、芳香烃等)完全混合。

    它的沸点为204°C,闪点为95°C。NMP是一种极性的非质子传递溶剂,具有低毒性、高沸点、出色的溶解能力、较强的选择性和良好的稳定性。它广泛用于芳烃的萃取、乙炔、烯烃和二烯烃的纯化,以及聚合物的溶剂和聚合反应的介质。

    PVDF(聚偏二氟乙烯)是一种用作增稠剂和粘接剂的物质。它是一种白色粉末状结晶聚合物,相对密度在1.75至1.78之间。PVDF具有极好的抗紫外线性能和耐气候老化性能,其薄膜在室外使用一二十年也不会变得脆硬或龟裂。

    PVDF具有特殊的介电性能,其介电常数可高达6至8(MHz至60Hz),介质损耗角正切值也较大,约在0.02至0.2之间。它的体积电阻略低,约为2×1014ΩNaN。PVDF的长期使用温度范围为-40℃至+150℃,在这个温度范围内,聚合物具有良好的机械性能。其玻化温度为-39℃,脆化温度低于-62℃,结晶熔点约为170℃,热分解温度高于316℃。

    阴极搅拌、涂布工艺流程:

    浆料的粘度特性

    1、浆料粘度随搅拌时间的变化曲线

    随着搅拌时间的延长,浆料的粘度会逐渐减小并最终趋于一个稳定值。

    2、浆料粘度随温度的变化曲线

    多数情况下,随着温度的升高,浆料的粘度通常会降低。当到达一定的温度时粘度会趋向一个稳定值。

    3、中转罐浆料固含量随时间变化曲线

    为了确保浆料在输送过程中的稳定性和均匀一致性,通过管道输送到中转罐之前,中转罐可以进行搅拌以保持浆料的各项参数稳定,包括温度、粘度和固含量。

    4、浆料粘度随时间变化曲线

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