電池質量的好壞有70%與(yǔ)極片品質相(xiàng)關(guān),而極片質量的好壞有70%與漿料的品質相關。因此,做好漿(jiāng)料(liào)就等於做好了電池的一半,勻漿是(shì)電池(chí)製造的首要工作(zuò),也(yě)是核心工作。國內也有個大牛(niú)說過:實驗室(shì)的電池工藝往往比商(shāng)業化的電池(chí)工藝更為精細,但是(shì)勻漿工藝除外。這也說明勻漿也是電池製造的難點。
鋰離子電池漿料分散的主要目的:是將活(huó)性物質(zhì),導電劑,粘接劑等按照一定的質量比均勻(yún)的分散(sàn)在溶劑中,形成具有一(yī)定黏度的穩定漿料,以用於極片的塗敷,鋰離子電池製漿的工藝目的就是為製片做準備(bèi)。極片對理想漿料的需求:(i)活物質顆粒細小均勻分散沒有團聚,導電劑顆粒形成薄層彌散成導電網絡,並最大量地在集流體上互鎖連結活物質顆粒(ii)活物質(zhì)顆粒最好細小,確保(bǎo)電池有高的電流密度。
目前鋰離子電池生產企業使(shǐ)用(yòng)的主流勻漿(jiāng)設備為雙行星攪拌機。鋰電行業使用的雙行星攪拌(bàn)機,也叫(jiào)做PD攪拌機,裝有低速攪拌部(bù)件(jiàn) Planet和高速分散部件Disper。低速(sù)攪拌部件為2個折(shé)曲框式攪拌槳,采用行星齒輪傳動,攪拌槳在(zài)公轉時也自轉,使物料上下(xià)及四周運動,從而在較短(duǎn)的時間內(nèi)達到理想的混合效果。高速分散部件一般為齒列式分散盤,與行星架一起公轉,同(tóng)時高速自轉,使物料(liào)受到強烈的剪(jiǎn)切與分散作用(yòng),其效果為普通混合機的幾倍,分散部件分單分散軸和雙分散軸.
雙行星攪拌機漿料(liào)製備往往(wǎng)利用流體(tǐ)力學所產(chǎn)生的剪切力,由流動剪切速率、團(tuán)簇截麵麵積、流體動力學(xué)粘度控製。漿料製備一般包含兩個過程:團簇的破碎和懸浮團聚體的重(chóng)組。
團簇破碎是一個複雜的過程(chéng),包含三種途徑:磨(mó)蝕、斷裂、打碎。團簇破碎具(jù)體依靠顆粒-顆(kē)粒相互作用,漿(jiāng)料溶劑-顆粒相互作用,以及最主要的剪(jiǎn)切力,而剪切力又取決於溶劑的(de)粘度和運動速度。磨蝕(shí)通(tōng)常在能量較低時發生,小碎片依靠(kào)磨蝕作用漸漸從大團聚體剪切下來。當攪拌能量高時,團簇發生斷裂分割成幾個部分。打(dǎ)碎是斷裂的一種特殊變化(huà)形式,這種(zhǒng)情況下(xià)團簇同時分割成大量的小碎片。
團簇的重組和分散速(sù)度(dù)的平衡主導漿料中團簇(cù)的(de)平衡尺寸,存在一個臨界尺(chǐ)寸,在這尺寸之下團簇分散速度很小。現有(yǒu)文獻報道,合適處理時(shí)間和攪拌能量下,通過流體力學剪切攪拌所製備的漿料,團聚(jù)體的尺寸不可能小於100納米,因此隻有當一次顆粒(lì)尺寸不小於100納米時,這種攪拌才有可能完全分散粉體直至一(yī)次顆粒尺(chǐ)寸。納米顆粒的完全分散不可能實現。因此,此種方法不(bú)太適用於納米材(cái)料的分(fèn)散。另(lìng)外,表麵活性劑能改變團聚體組合(hé)和(hé)分散的平(píng)衡,可能使漿料團簇尺寸更小。
如果把雙行星(xīng)分散設備作為宏觀混合單元溶入到鋰離子電池(chí)漿料快速分散係統之中,把超剪切分散裝置作為微觀(guān)分散控製單元,這將會大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。采用這種基於流體剪(jiǎn)切分(fèn)散設備製備的漿(jiāng)料,其顆粒分散(sàn)與結合達到平(píng)衡時(shí)的顆(kē)粒尺寸一般大於 100 nm,也就是說,即使初(chū)始顆(kē)粒(lì)的尺寸是幾納米或幾十納米,最終製備的漿 料粒徑尺寸一般也會大於 100 nm。在漿料內部顆粒分散與再 結合的過程中,再結合(hé)的顆粒密度要比初始沒分散時要大,孔隙(xì)率減(jiǎn)小。隨著剪切強度的(de)增大,孔隙率逐漸減小,不利(lì)於 Li+ 的大量傳輸。但隨(suí)著剪切強度增(zēng)大,漿料混合(hé)的均勻程(chéng)度越高,達到平(píng)衡時的顆(kē)粒粒徑越小,因此需要在(zài)電極內部(bù)結構與 漿料混(hún)合程度之間尋求一個合適的剪切強度進行分散。另外, 剪切力過大還會打斷粘結劑的分子鏈,使分子鏈長度變短,削弱粘結劑的(de)作用。因此是否選用高剪切分散要充分考慮活性物質(zhì)、導電劑的顆粒尺寸、平衡後的粒徑(jìng)尺寸、漿料密實度與粘結劑的自身性(xìng)質。