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      2020-06-10

      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:將物料進行混合均勻,高固含量下通過擠壓、摩擦作用將顆粒破碎掉。

      自轉:利用高速轉動形成湍流和撞擊將大顆粒破碎掉,是影響顆粒分散的主要原因。
      攪拌時間:對于石墨,需2h高速分散,延長分散時間對顆粒度影響不大。
      溫度:溫度直接影響分子的擴散,溫度如太低,不利于分子擴散和傳質過程,但溫度過高會產生負面影響,如溫度過高會導致PVDF發生性變,粘度會很差,特別對于高堿性的活性材料,在高溫攪拌時更容易產生凝聚問題。

      真空度:抽真空的目的是防止高速攪拌過程中空氣溶解于漿料中。

      二、分散不好對電芯性能的影響:

      1.電子電導差:在石墨負極體系中,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,同時能提高極片保液量,導電劑與石墨分散不好,電子電導差。

      2.石墨間導電作用差:循環過程中石墨碎化,間距逐漸增大,導電劑起到連通石墨間導電作用。

      3.漿料團聚:CMC分子為高分子鏈狀結構,羧甲基及羥基等具有親水性,當CMC溶解于水中時,親水基團首先與水分子間形成作用力發生溶脹,分子鏈之間團聚,因此需較高的剪切作用克服CMC與水分子之間的作用力,將CMC分散開。

      4.影響電芯動力學:SBR具有導電子與導離子作用,未分散好影響電芯動力學,循環過程中體積反復膨脹,石墨間間距增大,SBR對石墨起束縛作用。

      三、漿料生產常用的評估方法:

      流變性:粘度測試

      穩定性:振蕩測試、蠕變測試、松弛測試

      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)干混:使粉體充分混合,固體之間的混合比在液體下固體間的混合容易多了。同時防止CMC團聚,縮短CMC溶解時間。
      (2)捏合:高固含量下漿料比較硬,攪拌槳運動時可以對漿料進行摩擦剪切,同時由于攪拌槳呈麻花結構,運動時會對漿料產生向下的擠壓作用。一方面可以使大顆粒破碎掉,另外使CMC包覆在石墨表面,由于CMC帶正電,包覆在石墨表面后形成雙電層結構,石墨間由于靜電排斥,可以防止石墨顆粒間團聚。生產采用60~63%固含量攪拌,出于對設備損耗的考慮,由于生產采用200L和650L的攪拌罐,高固含量下,電機功率無法承受,因此采用低粘度攪拌。低粘度下不利于CMC的包覆,因此攪拌時間須延長。
      (3)第二步加CMC:CMC分子鏈基團與水分子存在氫鍵作用,懸浮在溶液中形成龐大的空間位阻,防止漿料沉降。

      (4)攪拌分散時間:使CMC充分溶解。生產采用2h攪拌是利用漿料剪切變稀的原理降低漿料粘度,使漿料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. 捏合固含量:第一步加水后漿料的固含量,石墨最佳捏合固含量在69%~70%。捏合固含量偏高,CMC未能充分包覆在石墨表面,固含量偏低,CMC不能均勻分散開。合適的捏合固含量漿料軟硬適中,表面有光澤。
      b. 捏合時間:特別是第二步加入CMC后的捏合時間,如果不能很精確的把控時間,捏合時間控制在10~20min,但不要超過20min,到時間后可以將攪拌分散電機關掉。捏合時間過長漿料粘度和穩定性將顯著降低。
      c. 加SBR后分散:SBR表面包覆一層表面活性劑,當受到大的剪切力時會破乳導致漿料呈凝膠狀態,為了防止SBR破乳,一般不會開啟很高的分散速度,但低速分散下一般的SBR很少有破乳現象,加SBR后開啟分散槳延長分散時間,使CMC充分溶解

      d. 慢攪抽真空:除去漿料中的空氣,快速攪拌分散過程中會有部分空氣溶解于漿料中,涂布時會出現氣泡。

      (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過程參數的影響:

      負極配料工藝的參數控制方向(圖6)



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