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充電鋰電池基本制作及注意事項

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年02月10日  

一、材料理化性能含義及描述


比表面積(m2/g):指材料單位質量粒子所具有的表面積。(測試方法:計算單位重量的材料所吸附的氬氣體積)。粒徑(μm):材料顆粒大小的描述,指材料粒子的直徑大小。D50則描述材料平均粒徑大小。振實密度(g/cm3):材料通過一定機械振動所得單位質量所振實下去的體積。


另外,還有材料本身結構、外觀型態、放電容量、容量效率、雜質含量等也是各項材料性能制約因素。


二、電極中的各種材料及其基本用途特性


1、導電劑類


碳墨類導電劑,屬無定形碳,導電性能良好,有強吸附性,比表面積大,約為60-100m2/g,其本身沒有容量。人造石墨類導電劑,導電性較碳墨類稍差,但比表面積較小,為10-30m2/g,本身有容量,約為290mAh/g,其加工性能較好。另外還有天然石墨類,因其本身導電性良好,也可作為導電劑,又因本身容量較高,也可作為負極材料。而納米級碳纖維,導電性能良好,加工性能良好,但價格昂貴。


2、電極材料


就一般鋰離子二次電池而言正極材料:鈷酸鋰,本身克容量135-150mAh/g,壓實密度3.65-4.00g/cc,LiCoO2為正極的鋰離子電池具有開路電壓高、比能量高(理論比能量1068Wh/kg,理論容量274mAh/g)、循環壽命長、能快速放電的特點,但價格貴。負極材料:人造石墨、中間相碳微球、天然石墨改性類等等。普通人造石墨:克容量290-310mAh/g,壓實1.45-1.55g/cc。中間相碳微球:克容量310-320mAh/g,壓實1.55-1.65g/cc。天然石墨改性:克容量320-340mAh/g,壓實1.55-1.65g/cc。


3、膠類


關于俗名為pVDF的高分子膠來說,其化學名為聚偏氟乙烯,其粘度的大小受分子量、官能團位置及加工工藝影響。一般來說,關于相同加工工藝、相同官能團位置,則其分子量越大其粘度越高,但隨著粘度的增高,其對漿料的沉降現象也就更為明顯。而CMC和SBR則為水性體系中所配合使用的膠。CMC(羧甲基纖維素納):白色或微黃色粉末,本身有粘接性能,但在水性體系中其最基本用途還是分散材料及SBR。SBR(丁苯橡膠乳):白色帶淺藍色乳狀液體,高分子化合物,和CMC混合使用,其粘接性能較好。


三、電池表現良好性能要滿足的幾個條件


關于材料來說,要使其表現出良好的性能,無非要達到以下幾個條件:1、材料本身結構的完美性,顆粒大小的均一性,顆粒外觀的平滑性;2、活性物分子在電極中的均一散布;3、活性物分子和導電劑的良好接觸;4、順暢地傳導網絡;5、和電解液良好的浸潤程度;6、針對各種材料性能的良好工藝條件。


四、攪拌方法及順序


1、攪膠


pVDF:按照所要配置的濃度稱取足量的pVDF干粉,放入干燥烘箱內,以70-80度恒溫烘烤60-120min,再稱取足量的NMp入配膠容器中,將容器固定,再勻速分散地將pVDF干粉加入容器中,邊攪動邊溶解,直到加完pVDF干粉,將容器盡量密封,攪拌3-4h,待干粉完全溶解,可慢攪以除去膠中的氣泡或是將其溶液倒入固定容器中,密封靜置一段時間即可。此膠忌水,其濃度一般為12%。


CMC:方法步驟基本同上,只是該溶液體系為水性,其溶劑為去離子水而非NMp,且該溶液體系濃度一般為2-3.5%。


2、攪油性材料


將材料取足量于160度真空烘箱真空烘烤4h,取出材料待其冷卻后再行攪拌,一般步驟如下:


2.1加入導電劑Sp,用足量NMp將其潤濕,并快攪10-20min。


2.2向第一步中加入其它導電劑,快攪10-20min。


2.3加入活性物及膠,用勺子攪拌,后將其置于攪拌器上高速攪拌,直至看到漿料表面較為光滑,轉而將其固定于攪拌器上攪拌2h(此步要求漿料要高速稠攪,達到分散之目的)。


2.4調節其固含,慢攪30min以便除盡汽泡。


2.5取下漿料,過濾。


3、攪水性材料


3.1加入導電劑Sp,用少量NMp將其潤濕,并攪拌10-20min。


3.2向第一步中加入其它導電劑、活性物及CMC和適量的H2O,用勺子攪拌,后將其置于攪拌器上高速攪拌,直至看到漿料表面較為光滑,再將其固定于攪拌器上攪拌1.2-1.5h(此步要求漿料要高速稠攪,達到分散之目的)。


3.3向第二步中加入適量的H2O調節稀稠。


3.4向上一步漿料中加入足量的SBR,中速攪拌至SBR完全溶解,大概30min左右。(加SBR時要求低溫慢速)


3.5加入漿料含水量10-15%NMp(含第1步中加的NMp),慢攪除氣泡,30min左右。


3.6取下漿料,過濾。


五、實驗過程中常見問題、解決方法及影響


1、烘料目的、時間及溫度。電極材料:為除去其中的水份、油脂及塵灰,烘烤條件一般為160度4H。膠:重要除水份,烘烤條件一般70-80度烘烤60-120min。草酸:除水份及結晶水,烘烤條件一般70-80度烘烤30-60min。


2、導電劑的使用原則。導電劑一般混合使用,采用取長補短法則。


3、導電劑添加量對電池的影響。導電劑加少對容量、循環、平臺、高低溫放電性能及大電流放電、安全性能、內阻等均有影響。


4、配料時加料順序之差別和優劣。導電劑和膠添加順序、草酸添加順序、NMp在水性料中的添加順序等等。


5、膠加少及加錯對電池性能的影響。


6、配料時急速冷卻有何影響。


7、在油性負極配置中為何加草酸以及草酸的加法和及量如何。加草酸有兩個目的:除去銅箔表面氧化層及在銅箔表面形成腐蝕溝,新增漿料對銅箔的附著性。其用量一般為pVDF用量的2%。


8、CMC、SBR在水性料中的用途及注意事項。CMC和SBR均有粘接性,在漿料中配合使用,其中CMC在此時重要起分散用途,SBR則重要起粘接用途。


9、配水性負極為何加NMp以及用量方法如何。水性負極中添加NMp重要是新增負箔表面張力,使漿料表看來更為光滑,且為了防止拉漿時的收邊現象。不過,加料時應注意:SBR和NMp均為高分子有機物,快速或高溫均能使兩種材料發生反應,出現果凍狀且伴有氣體出現,表現為漿料中的小氣孔。


10、固含、粘度和膠種類之間關系。


11、拉漿時烘箱溫度高低如何。拉漿進溫度過低極片未完全烘干致后序掉粉,溫度過高,極片掉粉或出現明顯裂紋、及有收邊現象。


12、拉漿面密度不均勻或偏大偏小。拉漿面密度不均勻分為幾個方面:極片前后面密度不一致,兩邊面密度不一致,極片攪料不均勻導致拉漿時面密度不一致,材料本身性能不穩定致拉漿面密度不穩定,另外還有極片面密度偏大或是偏小。


13、對輥壓力調試。從兩個方面來說,一是從粒子的微觀結構來講,二是從電極外觀來說(起皮、掉粉、壓皺)。


14、制片過程中和制片完后極片烘烤條件設制。極片烘烤目的是為了去除水份,但對其溫度及時間卻有控制,在制片過程中極片烘烤溫度為130度,而在制片完成后極片烘烤溫度為90度。


15、極片的儲存條件。制片完成后,極片要儲存在密封干燥環境中。


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