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行星搅拌机在锂电池匀浆工序中作用

作者:
秦皇岛鹏翼智能科技有限公司
来源:
网络
2021/07/06 09:09
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电池质量的好坏有70%与极片品质相关,而极片质量的好坏有70%与浆料的品质相关。因此,做好浆料就等于做好了电池的一半,匀浆是电池制造的首要工作,也是核心工作。国内也有个大牛说过:实验室的电池工艺往往比商业化的电池工艺更为精细,但是匀浆工艺除外。这也说明匀浆也是电池制造的难点。

锂离子电池浆料分散的主要目的:是将活性物质,导电剂,粘接剂等按照一定的质量比均匀的分散在溶剂中,形成具有一定黏度的稳定浆料,以用于极片的涂敷,锂离子电池制浆的工艺目的就是为制片做准备。极片对理想浆料的需求:(i)活物质颗粒细小均匀分散没有团聚,导电剂颗粒形成薄层弥散成导电网络,并最大量地在集流体上互锁连结活物质颗粒(ii)活物质颗粒最好细小,确保电池有高的电流密度。

目前锂离子电池生产企业使用的主流匀浆设备为双行星搅拌机。锂电行业使用的双行星搅拌机,也叫做PD搅拌机,装有低速搅拌部件 Planet和高速分散部件Disper。低速搅拌部件为2个折曲框式搅拌桨,采用行星齿轮传动,搅拌桨在公转时也自转,使物料上下及四周运动,从而在较短的时间内达到理想的混合效果。高速分散部件一般为齿列式分散盘,与行星架一起公转,同时高速自转,使物料受到强烈的剪切与分散作用,其效果为普通混合机的几倍,分散部件分单分散轴和双分散轴. u=301538775,1697435305&fm=199&app=68&f=JPEG.jpg

 双行星搅拌机浆料制备往往利用流体力学所产生的剪切力,由流动剪切速率、团簇截面面积、流体动力学粘度控制。浆料制备一般包含两个过程:团簇的破碎和悬浮团聚体的重组

团簇破碎是一个复杂的过程,包含三种途径:磨蚀、断裂、打碎。团簇破碎具体依靠颗粒-颗粒相互作用,浆料溶剂-颗粒相互作用,以及最主要的剪切力,而剪切力又取决于溶剂的粘度和运动速度。磨蚀通常在能量较低时发生,小碎片依靠磨蚀作用渐渐从大团聚体剪切下来。当搅拌能量高时,团簇发生断裂分割成几个部分。打碎是断裂的一种特殊变化形式,这种情况下团簇同时分割成大量的小碎片。下载.jpg

团簇的重组和分散速度的平衡主导浆料中团簇的平衡尺寸,存在一个临界尺寸,在这尺寸之下团簇分散速度很小。现有文献报道,合适处理时间和搅拌能量下,通过流体力学剪切搅拌所制备的浆料,团聚体的尺寸不可能小于100纳米,因此只有当一次颗粒尺寸不小于100纳米时,这种搅拌才有可能完全分散粉体直至一次颗粒尺寸。纳米颗粒的完全分散不可能实现。因此,此种方法不太适用于纳米材料的分散。另外,表面活性剂能改变团聚体组合和分散的平衡,可能使浆料团簇尺寸更小。下载 (1).jpg

如果把双行星分散设备作为宏观混合单元溶入到锂离子电池浆料快速分散系统之中,把超剪切分散装置作为微观分散控制单元,这将会大大提高了锂离子电池浆料的分散效果和效率。采用这种基于流体剪切分散设备制备的浆料,其颗粒分散与结合达到平衡时的颗粒尺寸一般大于 100 nm,也就是说,即使初始颗粒的尺寸是几纳米或几十纳米,最终制备的浆 料粒径尺寸一般也会大于 100 nm。在浆料内部颗粒分散与再 结合的过程中,再结合的颗粒密度要比初始没分散时要大,孔隙率减小。随着剪切强度的增大,孔隙率逐渐减小,不利于 Li+ 的大量传输。但随着剪切强度增大,浆料混合的均匀程度越高,达到平衡时的颗粒粒径越小,因此需要在电极内部结构与 浆料混合程度之间寻求一个合适的剪切强度进行分散。另外, 剪切力过大还会打断粘结剂的分子链,使分子链长度变短,削弱粘结剂的作用。因此是否选用高剪切分散要充分考虑活性物质、导电剂的颗粒尺寸、平衡后的粒径尺寸、浆料密实度与粘结剂的自身性质。

 

 

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