探讨锂电池的配方与工艺流程

1.正负极配方

1.1正极配方：LiCoO2+导电剂+粘合剂+集流体(铝箔)

LiCoO2(10μm):96.0%

导电剂(CarbonECP)2.0%

粘合剂(PVDF761)2.0%

NMP(增加粘结性):固体物质的重量比约为810:1496

a)正极粘度控制6000cps(温度25转子3);

b)NMP重量须适当调节，达到粘度要求为宜;

c)特别注意温度、湿度对黏度的影响

正极活性物质：

钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，pH值为10-11左右。

锰酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为5-7μm，含水量≤0.2%，通常为弱碱性，pH值为8左右。

导电剂：链状物，含水量<1%，粒径一般为1-5μm。通常使用导电性优异的超导碳黑，如科琴炭黑CarbonECP和ECP600JD，其作用：提高正极材料的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性;提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。

PVDF粘合剂：非极性物质，链状物，分子量从300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降，粘性变差。用于将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。

NMP：弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。

集流体(正极引线)：由铝箔或铝带制成。

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1.2负极配方：石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体(铜箔)

负极材料(石墨)：94.5%

导电剂(CarbonECP)：1.0%(科琴超导碳黑)

粘结剂(SBR)：2.25%(SBR=丁苯橡胶胶乳)

增稠剂(CMC)：2.25%(CMC=羧甲基纤维素钠)

水：固体物质的重量比为1600:1417.5

a)负极黏度控制5000-6000cps(温度25转子3)

b)水重量需要适当调节，达到黏度要求为宜;

c)特别注意温度湿度对黏度的影响

2、正负混料

石墨：负极活性物质，构成负极反应的主要物质;主要分为天然石墨和人造石墨两大类。非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散;不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。一般粒径D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。

导电剂：其作用为：

a)提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。

b)提高反应深度及利用率。

c)防止枝晶的产生。

d)利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。(可根据石墨粒度分布选择加或不加)。

添加剂：降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。

增稠剂/防沉淀剂(CMC)：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。

异丙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂网状交链，提高粘结强度。

乙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度(异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种)。

水性粘合剂(SBR)：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链状乳液，极易溶于水和极性溶剂。

去离子水(或蒸馏水)：稀释剂，酌量添加，改变浆料的流动性。

负极引线：由铜箔或镍带制成。

2.1正极混料：

2.1.1原料的预处理

1)钴酸锂：脱水。一般用120°C常压烘烤2小时左右。

2)导电剂：脱水。一般用200°C常压烘烤2小时左右。

3)粘合剂：脱水。一般用120-140°C常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。

4)NMP：脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

2.1.2物料球磨：

1)4小时结束，过筛分离出球磨;

2)将LiCoO2和CarbonECP倒入料桶，同时加入磨球(干料：磨球=1:1)，在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上

2.1.3原料的掺和：

1)粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。

2)钴酸锂和导电剂球磨：使粉料初步混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为2小时左右;为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。

2.1.4干粉的分散、浸湿：

原理：固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面;如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体;如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。

当润湿角≤90°，固体浸湿。当润湿角>90°，固体不浸湿。

正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容易。

分散方法对分散的影响：

1)静置法(时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构);

2)搅拌法：自转或自转加公转(时间短，效果佳，但有可能损伤个别材料的自身结构)。

搅拌桨对分散速度的影响：搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。

搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。

浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。

浓度对粘结强度的影响。浓度越大，柔制强度越大，粘接强度越大;浓度越低，粘接强度越小。

真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。

温度对分散速度的影响。适宜的温度下，浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。

稀释：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

2.1.5操作步骤

a)将NMP倒入动力混合机(100L)至80°C，称取PVDF加入其中，开机;参数设置：转速25±2转/分，搅拌115-125分钟;

b)接通冷却系统，将已经磨号的正极干料平均分四次加入，每次间隔28-32分钟，第三次加料视材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP;动力混合机参数设置：转速为20±2转/分

c)第四次加料30±2分钟后进行高速搅拌，时间为480±10分钟;动力混合机参数设置：公转为30±2转/分，自转为25±2转/分;

d)真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±2分钟;动力混合机参数设置：公转为10±2分钟，自转为8±2转/分

e)取250-300毫升浆料，使用黏度计测量黏度;测试条件：转子号5，转速12或30rpm，温度范围25°C;

f)将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。

2.1.6注意事项

a)完成，清理机器设备及工作环境;

b)操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。