鉅大LARGE | 點擊量：2403次 | 2020年11月16日
漿料制備工藝的影響
2.1漿料攪拌方式的影響
不僅物質本身的理化性質可以對電極電化學性能產生影響，漿料制備的分散方式也對電極電化學性能產生較大影響。下面將對流體力剪切分散、球磨分散和超聲分散三種分散方式對電極電性能產生的影響作簡要說明。
2.1.1流體力剪切分散影響
流體力剪切分散主要依靠分散器中的分散槳作用于流體媒介產生剪切力，使漿料中的各物質均勻混合。剪切力的大小受剪切速率、漿料中集聚顆粒的截面積和漿料粘度影響。在漿料制備過程中包含兩個子過程：顆粒的分散與再結合。只有當兩個過程達到平衡時漿料才處于穩定的狀態。
傳統工藝中的葉輪剪切/循環特性，可以把葉輪的作用分為兩大類：第一類是對葉輪附近產生的剪切作用；第二類則是通過葉輪泵出的流量產生循環作用。漿體的進一步分散作用主要依靠葉輪的剪切作用，而葉輪的流量決定了葉輪的分散能力。在離葉輪端部較遠的區域，總會存在一層漿料始終停滯不動，這個區域也就是人們常說的“死區”。所用的分散設備的工作面積越大，加之制備的漿料的粘度越高，“死區”的問題就會越嚴重。就算使用不一樣的葉輪及分散結構，死區的問題還是不能完全解決，所以在制備鋰離子電池漿料時，所制得的電池漿料就會出現分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發生硬性沉淀等一系列問題。
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鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程一直都會存在于鋰離子電池漿料制備的整個流程。把雙行星分散設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之中，把超剪切分散裝置作為微觀分散控制單元，這將會大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。
采用這種基于流體剪切分散設備制備的漿料，其顆粒分散與結合達到平衡時的顆粒尺寸一般大于100nm，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大于100nm。在漿料內部顆粒分散與再結合的過程中，再結合的顆粒密度要比初始沒分散時要大，孔隙率減小。隨著剪切強度的增大，孔隙率逐漸減小，不利于Li+的大量傳輸。但隨著剪切強度增大，漿料混合的均勻程度越高，達到平衡時的顆粒粒徑越小，因此需要在電極內部結構與漿料混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，削弱粘結劑的作用。因此是否選用高剪切分散要充分考慮活性物質、導電劑的顆粒尺寸、平衡后的粒徑尺寸、漿料密實度與粘結劑的自身性質。
2.1.2球磨分散影響
球磨分散也被廣泛應用于鋰離子電池漿料的分散。這種分散方法在制備漿料時具有許多優點，如沒有預混合步驟、維修費用低、沒有溶劑揮發和污染、操作簡單等。但球磨分散的缺點是效率低，需要很長的分散時間才能達到要求的分散程度。
利用球磨法分散三元正極材料時可以減小材料粒徑，其減小程度與球磨時間和球磨速度有關。在輕度球磨的條件下，球磨后的材料在容量、倍率性能、容量保持率方面都有了較大提高。但是高轉速球磨增加了電荷傳輸電阻，使材料各項電化學性能都有不同程度的下降。
雖然適當的球磨強度可以很大程度地提高材料的電化學性能，但是球磨分散后的材料其表面形貌發生了很大變化。由于顆粒與顆粒、顆粒與磨球之間強烈的相互作用，當顆粒形貌對于材料性能有較大影響時，球磨分散工藝將不再是有效的分散方法。
2.1.3超聲分散影響
超聲分散的原理是聲空化效應，即當超聲強度達到一定閾值時，溶液中生成大量氣泡并生長，當氣泡尺寸達到某一臨界值，氣泡立即破裂并產生沖擊波，沖擊波帶動流體流動，從而起到分散的作用。超聲分散應用到電極漿料制備有其獨特的優勢和特點。
相對于固含量低的漿料，超聲分散更適用于固含量相對較高的漿料。就漿料而言，高固含量是有利的。固含量升高會使漿料中的活性物質、導電劑不易發生沉降，有利于漿料的均勻性，并且能夠減少溶劑用量，減少涂布干燥時間，提高電池制作效率。
但是超聲分散也存在一些問題，最顯著的問題是會打斷高分子粘結劑的分子鏈，降低粘結劑的粘結作用。當超聲波強度過高，氣泡數量短時間內迅速增多，瞬間產生的大量氣泡不能有效地通過溶液，從而減少空化并降低了分子鏈斷裂率。超聲分散中分子鏈打斷除了受超聲強度影響，還受到溫度、漿料濃度、分子鏈分子量等因素影響。隨著溫度升高，分子鏈的斷裂率升高；漿料濃度越高，分子鏈斷裂率越低；粘結劑分子量越高，超聲過程中分子鏈的斷裂率越高。
2.2加料順序對電池性能的影響
現在電極漿料的制備工藝大致為一步法與多步法或濕混與干混的區別。通常來說，采用多步法制備的電極的電化學性能要優于一步法，干混工藝要優于濕混工藝。但是電極性能不只是受勻漿工藝的影響，還受到其材料本身性質的影響。因此，對于不同的漿料(不同的活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑)，其最佳的攪拌工藝也有所不同的。
KimKwangMan等研究了正極物質混合順序對鋰離子電池電極特性的影響，采用四種方式對正極物質進行混合：方法一，導電劑和粘結劑膠液先進行混合再加入活性物質和溶劑進行混合；方法二，活性物質和粘結劑膠液先混合，再加入導電劑和溶劑進行混合；方法三，活性物質、粘結劑、導電劑、溶劑同時加入進行混合；方法四，活性物質和導電劑先進行干混，再加入粘結劑膠液進行混合，最后加入溶劑進行攪拌。實驗結果表明，方法四制備的漿料表現出最低的粘度，分散性最好。由于最初活性物質與導電劑的干混過程可以使顆粒較小的導電劑均勻分布在活性物質顆粒表面，增大了電極的電導率，電池循環特性也最好。這從一定程度上說明了在漿料混合過程中干混方式要優于濕混方式。
2.3漿料添加劑對電池性能的影響
添加劑是鋰離子電池漿料中非常重要的成分，在漿料制作過程中或制作完成后，漿料中的各種物質會隨著時間變化又逐漸發生團聚，大顆粒物質會發生沉降，導致漿料分散不均勻，添加劑能夠與漿料中活性物質或導電劑顆粒發生相互作用產生靜電力或空間位阻從而阻止團聚發生。
在正極漿料中添加卡波姆樹脂，可以觀察到極片的孔隙率提高，集流體與物質之間的粘附力增大，剝離強度提高，并且受電解液破壞的能力增強。隨著漿料中卡波姆樹脂含量的提高，電池的極化現象明顯減弱，電池電極表面鈍化膜與雙電層的阻抗顯著降低，電池的循環性能得到提高。
雖然添加劑可以有效地改善漿料的分散性以及電化學性質，但是其屬于非活性物質，其含量也會影響電池的能量密度。由于現在商業化的鋰離子電池能量密度本就不高，因此應嚴格控制添加劑的使用量。
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