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如何解決磷酸鐵鋰電池的涂布均一性問題?

時間:2022-03-10 18:11:45來源:維科鋰電網(wǎng)

導語:?磷酸鐵鋰因鋰離子的擴散系數(shù)低,導電性上較差,當下做法是將其顆粒做小,甚至是做成納米級數(shù),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。下面先來看看磷酸鐵鋰電池的涂布均一性問題如何解決?

  磷酸鐵鋰電池涂布不均,不僅電池一致性就不好,還關(guān)系到設(shè)計、使用安全性等問題。所以,磷酸鐵鋰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。

  電極漿料應(yīng)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(tài),但攪動后變稀而易于流動。粘結(jié)劑在亞微觀狀態(tài)下是線性或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),攪動時,這些結(jié)構(gòu)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(zhì)量下,顆粒數(shù)量增加,要把他們聯(lián)結(jié)起來組成有效的導電網(wǎng)絡(luò),需要的導電劑的量也相應(yīng)增加。顆粒小、導電劑用量增加,所需的粘結(jié)劑用量也上升。靜置時,更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),流動性比常規(guī)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(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移,過程中漿料不攪拌或者攪拌強度低,漿料的流動性發(fā)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(xiàn)為極片面密度公差增大,表面形貌不好。

  根本的是從材料上進行改善,如提高導電性加大顆粒、顆粒球形化等,短時間內(nèi)可能有效果較為有限。立足現(xiàn)有材料,從電池加工的角度來說,改善的途徑,可從以下幾項進行嘗試:

  1、采用“線性”的導電劑

  所謂的“線形”“顆粒形”導電劑是筆者形象的說法,學術(shù)上可能不是如此描述。

  采用“線形”導電劑,目前主要是VGCF(碳纖維)和CNTs(碳納米管)、金屬納米線等。它們直徑在幾個納米到幾十納米,長度在幾十微米以上甚至于幾厘米,而目前常用的“顆粒形”導電劑(如SuperP,KS-6)尺寸一般在幾十個納米,電池材料的尺寸為幾個微米。“顆粒形”導電劑和活性物質(zhì)組成的極片,接觸類似點和點之間的接觸,每個點能只與周圍的點發(fā)生接觸;“線形”導電劑與活性物質(zhì)組成的極片中,是點和線、線和線的接觸,每個點可以同時和多根線接觸,每根線也可以同時和多根線接觸,接觸的節(jié)點更多,導電通道也就更為通暢,導電能力也就更好。使用多種不同形態(tài)的導電劑組合,可以發(fā)揮更好的導電效果。

  使用CNTS或者VGCF等“線性”導電劑可能產(chǎn)生的影響有:

  (1)線性導電劑在一定程度上提升粘結(jié)效果,提高極片柔韌性和強度;

  (2)減少導電劑用量(記得曾有報道說CNTS的導電效能為同質(zhì)量(重量)常規(guī)顆粒導電劑的3倍),綜合(1),膠用量也有可能降低,活性物質(zhì)含量可提高;

  (3)改善極化,降低接觸阻抗,改善循環(huán)性能;

  (4)導電網(wǎng)絡(luò)接觸節(jié)點多,網(wǎng)絡(luò)更為完善,倍率性能較常規(guī)導電劑更為出色;散熱性能提升,對高倍率電池很有意義;

  (5)吸收性能得到改善;

  (6)材料價格較高,成本上升。1Kg導電劑,常用的SUPERP僅為數(shù)十元,VGCF大約兩三千元,CNTS比VGCF略高(當添加量為1%時,1KgCNTs以4000元計算,大約每Ah成本增加0.3元);

  (7)CNTS、VGCF等比表面較高,如何分散是使用中必需解決的一個問題,否則分散不好性能得不大發(fā)揮??山柚暦稚⒌仁侄?。有CNTs廠家提供分散好的導電液。

  2、改善分散效果

  分散效果好的漿料,則顆粒接觸團聚的概率會大為降低,漿料的穩(wěn)定性會得到很大改善。通過配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果,采用前面提及的超聲分散也是一個有效方法。

  3、改進漿料轉(zhuǎn)移過程

  漿料儲存時可考慮提高攪拌速度避免漿料粘稠;對于使用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移漿料的,盡可能縮短出料到涂布的時間,有條件的改用管道輸送,改善漿料粘稠現(xiàn)象。

  4、采用擠壓涂布(噴涂)

  擠壓涂布可以改善刮刀涂布表面紋路、厚度不均等現(xiàn)象,但是設(shè)備價格較高,對漿料的穩(wěn)定性要求較高。

標簽: 鋰電池

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