锂电池生产配料基础知识大全文档格式.docx

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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。

二、配料目的：

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。

配

（一）、正极配料原理

1、原料的理化性能。

（1）钴酸锂：

非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8μm，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5-7μm，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2-5μm；

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。

2、原料的预处理

脱水。

一般用120℃常压烘烤2小时左右。

一般用200℃常压烘烤2小时左右。

（3）粘合剂：

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：

使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

3、原料的掺和：

料原理：

（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。

4、干粉的分散、浸湿：

（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。

5、稀释。

将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

（二）、负极配料原理（大致与正极配料原理相同）

（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：

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。

2、原料的预处理：

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。

3、掺和、浸湿和分散：

（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，在三、

（一）、4中有详细论述，在此不予详细解释。

4、稀释。

四、配料注意事项：

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。

五、总论：

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；

本人在此发表配料的基础知识，旨在让大家对配料的了解多一些，少走一些弯路；

但因本人水平有限，难免有疏漏之处，希望大家多多批评指正。

我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。

电池名词

●电池:

指通过正负极之间的反应将化学能转化为电能的装置.

●一次电池：

指无法进行充电，仅能放电的电池，但一次电池容量一般大于同等规格充电电池，如锌锰、碱性干电池，锂扣电池，锂亚电池等。

●二次电池：

指可反复充电再循环的电池，如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物、燃料、锌、铝、镁空气电池等。

●额定容量：

指电池在充满电後，空载状态下放电至截止电压时，所能释放出的电能量，一般以mAh或Ah（1Ah=1000mAh）符号来表示。

但如果电池使用时连接负载及长期使用后，电池释放的电量会下降。

容量由于充放电是在一定的C-倍率条件下进行的，因此电池的容量与C-倍率直接相关。

通常情况下电池的标称容量是指0.2C条件下测试得到的电容量。

C-倍率越大，电池的放电率越小。

充电容量（Ah或者mAh）=充电电流×

充电时间，放电容量（Ah或者mAh）=放电电流×

放电时间。

一般而言，0.2C电流放电基本能够达到95%~100%放电率，而1C电流放电只能能够达到90%放电率左右，由于充电受电池原材料本身特性影响，相应需要多充一部分时间，大致是同等电流放电时间的120~160%，例如，NI-MHAA1800mAh,以0.2C（360mA）充电约需6~8小时，而以0.2C（360mA）放电约可以达到5小时。

●额定电压：

指电池正负极材料因化学反应而造成的电位差,由此产生的电压值。

不同电池由于正负极材料不同，产生的电压是不一样的，如铅酸：

2V/节，镍镉、镍氢：

1.2V/节，锂离子电池：

3.6V/节。

另外，电池电压会随着充电的过程而不断上升至某一值，会随着放电的过程而不断下降至某一值。

●开路电压：

指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。

开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，因此，手机的电池显示器是利用这种关系而制造。

●内阻：

指电池内部由化学材料自动生成的阻抗，一般而言，内阻越小，电池的充放电性能越好。

电池内阻是一个非常复杂而又非常重要的特性，又称为电池阻抗，包含直流电阻和交流电阻。

影响电池内阻的因素有：

①电解质的成份；

②正负电极片中的成份配方，例如导电碳粉的含量；

③正负电极片的几何面积以及比表面积；

④金属基片（铜箔和铝箔）；

⑤电解液与正负电极片界面状态；

⑥温度；

⑦充电状态（电池的开路电压）；

⑧测量频率高低；

⑨电池的内部结构设计。

●C：

用来表示电池充放电时电流大小的比率，即倍率。

如1200mAh的电池，0.2C表示240mA（1200mAh的0.2倍率），1C表示1200mA（1200mAh的1倍率）。

充放电效率充放电效率也与C（倍率）相关，在0.2C条件下，聚合物锂电池的充放电效率应该在99.8%。

充放电效率=放电容量/充电容量×

100%

●放电截止电压：

指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有极大的损伤），一般而言，铅酸电池：

1.8V/节，镍镉、镍氢：

1.0V/节，锂离子电池：

2.75V/节。

指电池在无负载的情况下，电池正负极之间的电压。

●放电深度：

与电池额定容量比较，放电量的比率。

●过充（放）电：

指超过电池规定的充（放）电状态，若继续充（放）电可能造成电池漏液或劣化。

●能量密度：

指单位体积或单位质量所释放的能量，一般用体积能量密度（wh/l）和质量能量密度（wh/kg）表示。

●自放电：

电池充满电之后，在与外电路没有接触和常温放置的条件下，其电容量会自然衰减。

在储存过程中，电池蓄电容量会逐渐下降，其减少的容量与额定容量的比例，称为自放电率（镍镉、镍氢电池与锂离子电池相比，自放电率较大）。

通常，环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。

电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：

%/月。

镍镉、镍氢电池的自放电率为20-25%/月，锂电池