在鋰離子電池的生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，正負(fù)極片的性能關(guān)于電池性能影響巨大。而其中正負(fù)極材料特性和相關(guān)的加工工藝是最為重要的影響因素。正負(fù)極材料的顆粒大小將會(huì)直接影響電池的充放電行為，而相關(guān)電池漿料的流變性能又會(huì)直接影響流漿液的存儲(chǔ)、涂布和加工穩(wěn)定性。

在鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)中，正負(fù)極片制備是非常關(guān)鍵的步驟，直接影響電池的使用性能。正極極片和負(fù)極極片的生產(chǎn)工藝非常接近，如圖1所示。

圖1鋰離子電池極片制備過(guò)程

通常第一步是先將由活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑通過(guò)攪拌均勻分散于溶劑中，制成電池漿料；第二步，將電池漿料涂覆在集流體(負(fù)極銅箔和正極鋁箔)上，然后就是干燥涂層；接下來(lái)，將干燥好的極片在重壓下壓實(shí)、壓薄，使鋰離子電池體積能量密度得以提高，保證粘結(jié)劑把活性成份和導(dǎo)電劑緊緊的精粘附在在集流體上；最后，就是裁片和分切，直接把大卷冷壓好的極片在分切機(jī)上分切成指定寬度的小卷極片，等待然后把分切好的小卷保存在真空干燥箱中，待下一步使用。混合制備電池漿料、涂布、干燥和壓實(shí)工藝決定了漿料的均勻性、極片的厚度、機(jī)械性能和極片涂層的孔隙度，所以，極片制備過(guò)程直接影響了電池的使用性能。

正負(fù)極材料顆粒大小對(duì)充放電性能的影響

鋰離子電池實(shí)質(zhì)上是鋰離子在正負(fù)極材料之間的一個(gè)反復(fù)循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，鋰離子不斷地嵌入電極材料中，同時(shí)又要不斷的脫嵌出來(lái)，正是這種搖擺式的嵌入和脫嵌過(guò)程，才使得鋰離子電池能夠反復(fù)充放電使用。然而鋰離子的脫和嵌是受很多影響因素決定的，比如正負(fù)極材料本身的層狀結(jié)構(gòu)、電極材料顆粒的形態(tài)、以及電極材料顆粒間的堆積狀況等，這些影響因素都直接影響到鋰離子脫嵌的整個(gè)過(guò)程，從而對(duì)鋰離子電池的離子遷移速率、充放電平臺(tái)出現(xiàn)顯著影響。在這些影響因素當(dāng)中，正負(fù)極材料的顆粒大小無(wú)疑是非常重要的，顆粒的大小將會(huì)對(duì)材料的堆積出現(xiàn)直接的影響，而這種影響導(dǎo)致的空間效應(yīng)將會(huì)直接影響到鋰離子的脫嵌，從而影響到電池性能。

圖2就是采用不同制備工藝生產(chǎn)的兩種正極材料LiNi0.8Co0.2O2，其中a是反應(yīng)過(guò)程中采用膠體磨進(jìn)行研磨混合，而b是采用普通攪拌的方式進(jìn)行反應(yīng)混合。兩種方式得到的顆粒大小通過(guò)電鏡結(jié)果來(lái)看差異較大，而下方的激光衍射結(jié)果比對(duì)則可以進(jìn)一步從定量上看出兩種材料的粒度大小。其中采用膠體磨的樣品粒度分布較窄，顆粒大小從幾百納米到十微米左右，而采用普通混合的方式則粒徑分布要寬很多，從幾個(gè)微米到一兩百微米。這兩種樣晶在充放電性能上也有著顯著的差異。

圖4中a為樣品研磨頻率偏低，因此其材料重要在幾個(gè)微米級(jí)別，而b材料則研磨頻率更高，其顆粒很多達(dá)到亞微米的水平，其粒度分布也更寬。通過(guò)兩種材料的克放電性能比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，在充放電循環(huán)100次的情況下，兩種材料的庫(kù)倫效率都是比較接近的，但電池容量的衰減卻大大不同。微米顆粒的樣品其電池容量隨著充放電次數(shù)新增明顯發(fā)生了衰減，由最開(kāi)始的160mAh/g下降到150mAh/g，而亞微米材料的在整個(gè)充放電進(jìn)行過(guò)程中比較穩(wěn)定。

流變特性與電池漿料的關(guān)系

電池漿料是整個(gè)電池極片制備過(guò)程中的最關(guān)鍵的因素。電池漿料是由活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑通過(guò)攪拌均勻分散于溶劑中形成，屬于典型的高粘稠的固液兩相懸浮體系。對(duì)電池漿料的要求，第一是分散均勻性，假如漿料分散不均，有嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，電池的電化學(xué)性能受到影響，如若導(dǎo)電劑分布不均勻，電極在充放電過(guò)程中，各處電導(dǎo)率不同會(huì)發(fā)生不同的電化學(xué)反應(yīng)，負(fù)極處可能出現(xiàn)較復(fù)雜的SEI膜，可逆容量減小，并伴有局部的過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象或有可能會(huì)有鋰金屬析出，形成安全隱患;粘結(jié)劑分布不均，顆粒之間、顆粒與集流體之間粘結(jié)力出現(xiàn)過(guò)大過(guò)小的情況，過(guò)小部位電極內(nèi)阻大，甚至?xí)袅希罱K影響整個(gè)電池容量的發(fā)揮。第二，漿料要具有良好的沉降穩(wěn)定性和流變特性，滿足極片涂布工藝的要求，并得到厚度均一的涂層，要求電池極片中心的厚度要和邊緣處的厚度盡量保持一致，這是電池漿料涂布工藝的難點(diǎn)。在涂布過(guò)程中，涂層邊緣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，通常會(huì)將拖尾的邊緣裁切掉，以保證單位面積內(nèi)的活性物質(zhì)的量保持一致。假如在涂層的其他位置出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，不能裁切，在該位置的活性物質(zhì)減少，會(huì)導(dǎo)致局部電壓過(guò)大。另外，在涂布過(guò)程中，還有可能會(huì)出現(xiàn)涂層邊緣雖然齊平，但是邊緣處的局部厚度過(guò)高，這會(huì)導(dǎo)致在壓實(shí)過(guò)程中壓力分布不均，電池極片的孔隙度和單位面積的容量就會(huì)不均一。還有會(huì)影響到卷繞或者疊片的層數(shù)。