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      行星攪拌機在鋰電池勻漿工序中作用
      添加時間:2022-03-24   點擊次數:69

      電池質量的好壞有70%與極片品質相關,而極片質量的好壞有70%與漿料的品質相關。因此,做好漿料就等于做好了電池的一半,勻漿是電池制造的首要工作,也是核心工作。國內也有個大牛說過:實驗室的電池工藝往往比商業化的電池工藝更為精細,但是勻漿工藝除外。這也說明勻漿也是電池制造的難點。

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      鋰離子電池漿料分散的主要目的:是將活性物質,導電劑,粘接劑等按照一定的質量比均勻的分散在溶劑中,形成具有一定黏度的穩定漿料,以用于極片的涂敷,鋰離子電池制漿的工藝目的就是為制片做準備。極片對理想漿料的需求:(i)活物質顆粒細小均勻分散沒有團聚,導電劑顆粒形成薄層彌散成導電網絡,并最大量地在集流體上互鎖連結活物質顆粒(ii)活物質顆粒最好細小,確保電池有高的電流密度。

      目前鋰離子電池生產企業使用的主流勻漿設備為雙行星攪拌機。鋰電行業使用的雙行星攪拌機,也叫做PD攪拌機,裝有低速攪拌部件 Planet和高速分散部件Disper。低速攪拌部件為2個折曲框式攪拌槳,采用行星齒輪傳動,攪拌槳在公轉時也自轉,使物料上下及四周運動,從而在較短的時間內達到理想的混合效果。高速分散部件一般為齒列式分散盤,與行星架一起公轉,同時高速自轉,使物料受到強烈的剪切與分散作用,其效果為普通混合機的幾倍,分散部件分單分散軸和雙分散軸. 

       雙行星攪拌機漿料制備往往利用流體力學所產生的剪切力,由流動剪切速率、團簇截面面積、流體動力學粘度控制。漿料制備一般包含兩個過程:團簇的破碎和懸浮團聚體的重組。

      團簇破碎是一個復雜的過程,包含三種途徑:磨蝕、斷裂、打碎。團簇破碎具體依靠顆粒-顆粒相互作用,漿料溶劑-顆粒相互作用,以及最主要的剪切力,而剪切力又取決于溶劑的粘度和運動速度。磨蝕通常在能量較低時發生,小碎片依靠磨蝕作用漸漸從大團聚體剪切下來。當攪拌能量高時,團簇發生斷裂分割成幾個部分。打碎是斷裂的一種特殊變化形式,這種情況下團簇同時分割成大量的小碎片。

      團簇的重組和分散速度的平衡主導漿料中團簇的平衡尺寸,存在一個臨界尺寸,在這尺寸之下團簇分散速度很小?,F有文獻報道,合適處理時間和攪拌能量下,通過流體力學剪切攪拌所制備的漿料,團聚體的尺寸不可能小于100納米,因此只有當一次顆粒尺寸不小于100納米時,這種攪拌才有可能完全分散粉體直至一次顆粒尺寸。納米顆粒的完全分散不可能實現。因此,此種方法不太適用于納米材料的分散。另外,表面活性劑能改變團聚體組合和分散的平衡,可能使漿料團簇尺寸更小。

      如果把雙行星分散設備作為宏觀混合單元溶入到鋰離子電池漿料快速分散系統之中,把超剪切分散裝置作為微觀分散控制單元,這將會大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。采用這種基于流體剪切分散設備制備的漿料,其顆粒分散與結合達到平衡時的顆粒尺寸一般大于 100 nm,也就是說,即使初始顆粒的尺寸是幾納米或幾十納米,最終制備的漿 料粒徑尺寸一般也會大于 100 nm。在漿料內部顆粒分散與再 結合的過程中,再結合的顆粒密度要比初始沒分散時要大,孔隙率減小。隨著剪切強度的增大,孔隙率逐漸減小,不利于 Li+ 的大量傳輸。但隨著剪切強度增大,漿料混合的均勻程度越高,達到平衡時的顆粒粒徑越小,因此需要在電極內部結構與 漿料混合程度之間尋求一個合適的剪切強度進行分散。另外, 剪切力過大還會打斷粘結劑的分子鏈,使分子鏈長度變短,削弱粘結劑的作用。因此是否選用高剪切分散要充分考慮活性物質、導電劑的顆粒尺寸、平衡后的粒徑尺寸、漿料密實度與粘結劑的自身性質。

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