電池質(zhì)量的好壞有70%與極片品質(zhì)相關(guān),而極片質(zhì)量的好壞有70%與漿料的品質(zhì)相關(guān)。因此,做好漿料就等于做好了電池的一半,勻漿是電池制造的首要工作,也是核心工作。國(guó)內(nèi)也有個(gè)大牛說過:實(shí)驗(yàn)室的電池工藝往往比商業(yè)化的電池工藝更為精細(xì),但是勻漿工藝除外。這也說明勻漿也是電池制造的難點(diǎn)。
鋰離子電池漿料分散的主要目的:是將活性物質(zhì),導(dǎo)電劑,粘接劑等按照一定的質(zhì)量比均勻的分散在溶劑中,形成具有一定黏度的穩(wěn)定漿料,以用于極片的涂敷,鋰離子電池制漿的工藝目的就是為制片做準(zhǔn)備。極片對(duì)理想漿料的需求:(i)活物質(zhì)顆粒細(xì)小均勻分散沒有團(tuán)聚,導(dǎo)電劑顆粒形成薄層彌散成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),并最大量地在集流體上互鎖連結(jié)活物質(zhì)顆粒(ii)活物質(zhì)顆粒最好細(xì)小,確保電池有高的電流密度。
目前鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)使用的主流勻漿設(shè)備為雙行星攪拌機(jī)。鋰電行業(yè)使用的雙行星攪拌機(jī),也叫做PD攪拌機(jī),裝有低速攪拌部件 Planet和高速分散部件Disper。低速攪拌部件為2個(gè)折曲框式攪拌槳,采用行星齒輪傳動(dòng),攪拌槳在公轉(zhuǎn)時(shí)也自轉(zhuǎn),使物料上下及四周運(yùn)動(dòng),從而在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)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(zhuǎn),同時(shí)高速自轉(zhuǎn),使物料受到強(qiáng)烈的剪切與分散作用,其效果為普通混合機(jī)的幾倍,分散部件分單分散軸和雙分散軸.
雙行星攪拌機(jī)漿料制備往往利用流體力學(xué)所產(chǎn)生的剪切力,由流動(dòng)剪切速率、團(tuán)簇截面面積、流體動(dòng)力學(xué)粘度控制。漿料制備一般包含兩個(gè)過程:團(tuán)簇的破碎和懸浮團(tuán)聚體的重組。
團(tuán)簇破碎是一個(gè)復(fù)雜的過程,包含三種途徑:磨蝕、斷裂、打碎。團(tuán)簇破碎具體依靠顆粒-顆粒相互作用,漿料溶劑-顆粒相互作用,以及最主要的剪切力,而剪切力又取決于溶劑的粘度和運(yùn)動(dòng)速度。磨蝕通常在能量較低時(shí)發(fā)生,小碎片依靠磨蝕作用漸漸從大團(tuán)聚體剪切下來。當(dāng)攪拌能量高時(shí),團(tuán)簇發(fā)生斷裂分割成幾個(gè)部分。打碎是斷裂的一種特殊變化形式,這種情況下團(tuán)簇同時(shí)分割成大量的小碎片。
團(tuán)簇的重組和分散速度的平衡主導(dǎo)漿料中團(tuán)簇的平衡尺寸,存在一個(gè)臨界尺寸,在這尺寸之下團(tuán)簇分散速度很小?,F(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道,合適處理時(shí)間和攪拌能量下,通過流體力學(xué)剪切攪拌所制備的漿料,團(tuán)聚體的尺寸不可能小于100納米,因此只有當(dāng)一次顆粒尺寸不小于100納米時(shí),這種攪拌才有可能完全分散粉體直至一次顆粒尺寸。納米顆粒的完全分散不可能實(shí)現(xiàn)。因此,此種方法不太適用于納米材料的分散。另外,表面活性劑能改變團(tuán)聚體組合和分散的平衡,可能使?jié){料團(tuán)簇尺寸更小。
如果把雙行星分散設(shè)備作為宏觀混合單元溶入到鋰離子電池漿料快速分散系統(tǒng)之中,把超剪切分散裝置作為微觀分散控制單元,這將會(huì)大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。采用這種基于流體剪切分散設(shè)備制備的漿料,其顆粒分散與結(jié)合達(dá)到平衡時(shí)的顆粒尺寸一般大于 100 nm,也就是說,即使初始顆粒的尺寸是幾納米或幾十納米,最終制備的漿 料粒徑尺寸一般也會(huì)大于 100 nm。在漿料內(nèi)部顆粒分散與再 結(jié)合的過程中,再結(jié)合的顆粒密度要比初始沒分散時(shí)要大,孔隙率減小。隨著剪切強(qiáng)度的增大,孔隙率逐漸減小,不利于 Li+ 的大量傳輸。但隨著剪切強(qiáng)度增大,漿料混合的均勻程度越高,達(dá)到平衡時(shí)的顆粒粒徑越小,因此需要在電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 漿料混合程度之間尋求一個(gè)合適的剪切強(qiáng)度進(jìn)行分散。另外, 剪切力過大還會(huì)打斷粘結(jié)劑的分子鏈,使分子鏈長(zhǎng)度變短,削弱粘結(jié)劑的作用。因此是否選用高剪切分散要充分考慮活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑的顆粒尺寸、平衡后的粒徑尺寸、漿料密實(shí)度與粘結(jié)劑的自身性質(zhì)。