摘要
在锂离子电池的制造过程中,匀浆工序是首个关键步骤,对整个生产工艺和最终产品的质量具有重要影响。无论采用何种匀浆技术,最终得到的正负极浆料通常由正负极活性物质、粘结剂、导电剂、溶剂及少量其他添加剂构成。
电极浆料的混合工艺大致分为三种类型:
(1)球磨工艺:这一方法曾在早期的日韩锂电池生产中使用。将所有粉料混合后放入球磨机,利用陶瓷球的摩擦力将粉料研磨并均匀混合。由于其耗时长且效果较差,现已被淘汰;
(2)湿法匀浆工艺:这一工艺是目前国内主流方法,基本流程包括溶胶、混合导电剂、活性物质及稀释;
(3)干法混料工艺:该工艺的流程为将活性物质、导电剂和粘结剂干粉混合后,加入适量溶剂进行润湿,然后高速分散破碎,最后调整粘度进行稀释。
对于电池浆料的要求,主要是保证其电化学性能,表现为均匀分散性,避免出现不均匀分散或团聚沉降现象。
此外,还要求浆料具备良好的流变特性,以适应极片涂布工艺,并确保涂层厚度均匀。浆料的表征通常包括固含量、粘度和细度等参数。
最常用的干法混料工艺过程如下:
(1)将活性物质、导电剂和粘结剂粉体一起加入搅拌釜,并启动搅拌机进行干粉混合;
(2)加入适量溶剂对粉体颗粒进行润湿,使颗粒表面吸附溶剂,同时在高粘度环境下搅拌,形成较大的剪切力作用,从而充分混匀并润湿粉体;
(3)继续加入溶剂,在高速剪切力作用下分散颗粒团聚体,确保导电剂均匀分布;
(4)继续加入溶剂进行稀释,调节浆料的粘度,使其适合涂布工艺的要求。
在干法混料工艺中,粉体润湿是关键步骤。溶剂的用量有一个临界点,若溶剂不足,无法完全润湿所有粉料,干粉容易结团,后续再打开将变得困难;如果溶剂过多,浆料会变得过于流动,搅拌桨的剪切力减弱,捏合搅拌也难以有效破碎团聚体。
理想的溶剂量应当在保持适当湿润的同时,避免浆料过于稀释。浆料的分散效果通常通过细度和粘度来评估:在相同条件下,粘度越低、细度越小,表明分散效果越好。
理论上,干法混料工艺相比湿法混料,显著缩短了搅拌时间,并且在浆料的稳定性和分散均匀性方面表现更好。然而,干法匀浆工艺也存在两个主要缺点:
1、设备要求高:由于干法混料是固体与固体的混合,所需的剪切力非常大,因此对设备的功率、设计结构、转速和稳定性要求较高。这不仅增加了工艺的难度,也提升了设备成本。
2、工艺控制复杂:在干法搅拌过程中,搅拌转速、时间以及不同阶段的溶剂量选择都是关键的品质控制因素。这些参数与原料的颗粒大小、尺寸分布、比表面积等密切相关,稍有变化,就需要相应调整溶剂量和搅拌工艺。
尤其是在第一阶段溶剂加入量的控制:过多溶剂会导致颗粒团聚体不易分散,影响浆料的细度和导电剂分布;而溶剂过少则会导致润湿不足,粘结剂无法充分溶解,甚至可能破坏粘结剂的长链结构,从而影响浆料的粘度和稳定性。
那么,湿法与干法匀浆工艺究竟哪个更好?答案是各有优缺点,最终取决于工厂的设备技术水平、自动化程度、生产技术及品质管理能力,甚至生产规模等。
对于像宁德时代、亿纬锂能、LG、蜂巢能源等领先企业来说,干法工艺往往是首选,因为它们具备相应的设备和技术条件。而对于一些二三线的小型企业,则可能更适合湿法匀浆。
总结来说,理论上干法工艺优于湿法,但是否能够充分发挥干法工艺的优势,还需看企业是否具备相关的技术能力和生产条件。
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