锂离子电池生产配料基础知识

配料过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起，调制成浆料，以利于均匀涂布，保证极片的一致性。配料大致包括五个过程，即:原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。

(1) 钴酸锂:非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8 μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，PH值为10-11左右。

锰酸锂:非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为5-7 μm，含水量≤0.2%，通常为弱碱性，PH值为8左右。

(2) 导电剂:非极性物质，葡萄链状物，含水量3-6%，吸油值~300，粒径一般为 2-5 μm;主要有普通碳黑、超导碳黑、石墨乳等，在大批量应用时一般选择超导碳黑和石墨乳复配;通常为中性。

(3) PVDF(聚偏二氟乙烯)粘合剂:非极性物质，链状物，分子量从300，000到3，000，000不等;吸水后分子量下降，粘性变差。

(4) NMP(N-甲基吡洛烷酮):弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。

(1) 钴酸锂:脱水。一般用120 ℃常压烘烤2小时左右。

(2) 导电剂:脱水。一般用200 ℃常压烘烤2小时左右。

(3) 粘合剂:脱水。一般用120-140 ℃常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。

(4) NMP:脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

(1) 粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。

(2) 钴酸锂和导电剂球磨:使粉料初步混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为2小时左右;为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。

(1) 原理:固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面;如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体;如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。

当润湿角≤90度，固体浸湿。

当润湿角>90度，固体不浸湿。正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容易。(2) 分散方法对分散的影响:

A、 静置法(时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构);

B、 搅拌法;自转或自转加公转(时间短，效果佳，但有可能损伤个别 材料的自身结构)。

1、搅拌桨对分散速度的影响。搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。

2、搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。

3、浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。

4、浓度对粘结强度的影响。浓度越大，柔制强度越大，粘接强度越大;浓度越低，粘接强度越小。

5、真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。

6、温度对分散速度的影响。适宜的温度下，浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。

将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

(1) 石墨:非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散;不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。一般粒径D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。

(2) 水性粘合剂(SBR:丁苯橡胶):小分子线性链状乳液，极易溶于水和极性溶剂。

(3) 防沉淀剂(CMC:羧甲基纤维素):高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。

(4) 异丙醇:弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂网状交链，提高粘结强度。乙醇:弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作用;易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度(异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种)。

(5)去离子水(或蒸馏水):稀释剂，酌量添加，改变浆料的流动性。

(1) 石墨:A、混合，使原料均匀化，提高一致性。B、300~400℃常压烘烤，除去表面油性物质，提高与水性粘合剂的相容能力，修圆石墨表面棱角(有些材料为保持表面特性，不允许烘烤，否则效能降低)。

(2) 水性粘合剂:适当稀释，提高分散能力。

(1) 石墨与粘合剂溶液极性不同，不易分散。

(2) 可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘合剂溶液混合。

(3) 应适当降低搅拌浓度，提高分散性。

(4) 分散过程为减少极性物与非极性物距离，提高势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。

(5) 搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。

(6) 分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容，前面有详细论述，在此不予详细解释。

将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

1、 防止混入其它杂质;

2、 防止浆料飞溅;

3、 浆料的浓度(固含量)应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦;

4、 在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀;

5、 浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低;6、 需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入，以免组分材料性质变化;

7、 搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主;搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备;

8、 出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带;

9、 对配料人员要加强培训，确保其掌握专业知识，以免酿成大祸;

10、 配料的关键在于分散均匀，掌握该中心，其它方式可自行调整。

随着电池制程的日益透明，锂离子电池生产厂家越来越将配料列为核心机密，因为从材料的挑选、处理到合理搭配包含了太多技术人员的心血，同样的材料，有的厂家用起来特别顺利，有的厂家就麻烦百出;有的厂家用中档的材料可以做出高端的电池，而有的厂家却使用最好的材料做成的电池惨不忍睹;配料的基础知识可以让大家对配料的了解多一些，少走一些弯路;但水平有限，难免有疏漏之处，希望大家多多批评指正。也期望大家在工作中认真研究，真诚交流，大胆创新，团结起来，共同促进中国锂离子电池生产水平的提高。

a、 钴酸锂:正极活性物质，锂离子源，为电池提供锂源。

b、 导电剂:提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。

提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。

c、 PVDF粘合剂:将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。

d、 正极引线:由铝箔或铝带制成。

a、 石墨:负极活性物质，构成负极反应的主要物质;主要分为天然石墨和人造石墨两大类。

b、 导电剂:提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。

提高反应深度及利用率。防止枝晶的产生。利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。(可根据石墨粒度分布选择加或不加)。

c、 添加剂:降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。

d、 水性粘合剂:将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。

e、 负极引线:由铜箔或镍带制成。