鉅大LARGE | 點擊量:695次 | 2018年10月07日
電池加工中磷酸鐵鋰材料的應用分析
磷酸鐵鋰因鋰離子的擴散系數低,導電性上較差,所以當下做法是將其顆粒做小,甚至是做成納米級數,通過縮短LI+和電子的遷移路徑,來提升其充放電速度(理論上,遷移時間和遷移路徑平方成反比)。但由此給電池加工帶來一系列的難題。
首先遇到的是材料分散問題
制漿是電池生產過程中最為關鍵的工序之一,其核心任務就是把活性物質、導電劑、粘結劑等物料均勻的混合,使得材料性能能夠更好的發揮。要混勻,先要能分散。顆粒減小,相應的比表面也就增大,表面能也就增大,顆粒間發生聚合的趨勢就增強。克服表面能分散所需要的能量也就越大。現在普遍用的是機械攪拌,機械攪拌能量分布是不均勻的,只有在一定的區域內,剪切強度足夠大,能量足夠高,才能把聚合的顆粒分開。要提升分散能力,一個是在攪拌設備的結構上優化,不改變最大剪切速度的情況下提高有效分散區域的空間比例;一個是提高攪拌功率(提高攪拌速度),提升剪切速度,相應的有效分散空間也會增大。前者屬設備上的問題,提升空間有多大,涂布在線不做評論。后者,提升空間有限,因為剪切速度提到一定限度,就會對材料造成傷害,導致顆粒破損。
較為有效的方法是采用超聲波分散技術。只是超聲波設備價格較高,前些時候接觸的一家,其價格和進口的日本機械攪拌機相當。超聲分散工藝時間短,總體能耗降低,漿料分散效果好,材料顆粒的聚合得到有效延緩,穩定性大為提高。
另外,可以通過使用分散劑來改善分散效果。
涂布均一性問題
涂布不均,不僅電池一致性就不好,還關系到設計、使用安全性等問題。所以,電池制作過程中對涂布均一性的控制很嚴格。做配方、涂布工藝的知道,材料顆粒越小,涂布越難做均勻。就其機理,我尚未看到相關的解釋。涂布在線認為是電極漿料的非牛頓流體特性引起的。
電極漿料應屬非牛頓流體中的觸變流體,該類流體的特點是靜止時粘稠,甚至呈固態,但攪動后變稀而易于流動。粘結劑在亞微觀狀態下是線性或網狀結構,攪動時,這些結構被破壞,流動性就好,靜止后,它們又重新形成,流動性就變差。磷酸鐵鋰顆粒細小,同等質量下,顆粒數量增加,要把他們聯結起來組成有效的導電網絡,需要的導電劑的量也相應增加。顆粒小、導電劑用量增加,所需的粘結劑用量也上升。靜置時,更容易形成網狀結構,流動性比常規材料差。
從攪拌器取出后漿料到涂布的過程中,很多廠商還是采用周轉桶轉移,過程中漿料不攪拌或者攪拌強度低,漿料的流動性發生變化,逐漸變得粘稠,以至于像果凍一樣。流動性不好,導致涂布的均一性不好,表現為極片面密度公差增大,表面形貌不好。
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