锂离子电池制浆过程是将活性物质与导电剂均匀分散于溶剂中,在黏结剂分子链作用下形成稳定浆料,微观上涵盖润湿、分散、稳定化三大阶段。武汉格瑞斯新能源有限公司在锂电领域深耕多年,对这些制浆工艺有着深入的研究与实践。
制浆三大阶段
1.
润湿阶段:溶剂与粒子表面充分接触,排出粒子团聚体中的空气并取而代之。此过程快慢与效果,既取决于粒子表面和溶剂的亲和性,也和制浆设备及工艺紧密相关。
2.
分散阶段:旨在打开粒子团聚体,其进程与效果,一方面受粒子粒径、比表面积、相互作用力等材料特性影响,另一方面与分散强度及工艺密切相关。
3.
稳定化阶段:高分子链吸附到粒子表面,防止粒子再次团聚。该阶段快慢与效果,取决于材料特性、配方以及制浆设备与工艺。
需注意,制浆时并非所有物料同步经历这三个阶段,不同部分可能处于不同阶段,这增加了制浆过程的复杂性与控制难度。
搅拌工艺路线
搅拌工艺对锂离子电池浆料性能影响显著,不同加料顺序所得浆料性能差异很大。例如,制备镍 - 钴 - 锰三元正极材料浆料时,不同加料顺序得到的浆料特性和电极性能相差甚远。第二种加料顺序下,浆料固含量更高,电极剥离强度和电导率也大幅提升。
锂电行业常用搅拌工艺分为湿法工艺和干法工艺,区别在于搅拌前期浆料固含量高低。
1.
湿法工艺:先混合搅拌导电剂和黏结剂,充分分散后加入活性物质搅拌,最后加溶剂调整黏度。若黏结剂分子量大、颗粒大,溶解时间长,需先制成胶液。
2.
干法工艺:先预混合活物质、导电剂等粉末,再加入部分黏结剂溶液或溶剂进行高固含量、高黏度搅拌(捏合),接着逐步稀释分散,最后调整黏度。干法工艺能缩短制浆时间,得到黏度较低、固含量更高的浆料,但物料最佳状态难把控,原材料物性变化时需调整工艺参数,影响生产效率和批次一致性。
其他特色工艺
1.
溶剂浸润工艺:融合干法与湿法,采用“湿法不制胶”方式制备浆料,在工艺简化和时间上优势明显。
2.
双螺杆制浆工艺:采用双螺杆匹配高速分散机制备浆料,可连续出料,保证浆料周转时间一致,避免涂布面密度波动。但双螺杆磨损严重,影响电芯性能,且设备清洁保养困难。
此外,部分厂家会先用搅拌机预混浆料,再通过高速分散机连续出料;高功率电芯电极制造对涂布面密度要求高,会导入球磨搅拌、超声波搅拌等。球磨多用于实验室,其分散能力受团簇破碎和团聚体重组速度平衡影响,过程中粉体颗粒会发生多种变化,甚至引发机械化学转变,粉体与介质、磨球间也可能发生反应。