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如何解决磷酸铁锂电池的涂布均一性问题?-凯发k8娱乐官网入口

2023-02-02 来源:ofweek锂电网

磷酸铁锂因锂离子的扩散系数低,导电性上较差,当下做法是将其颗粒做小,甚至是做成纳米级数,通过缩短li 和电子的迁移路径,来提升其充放电速度(理论上,迁移时间和迁移路径平方成反比)。但由此给电池加工带来一系列的难题。下面先来看看磷酸铁锂电池的涂布均一性问题如何解决?

磷酸铁锂电池涂布不均,不仅电池一致性就不好,还关系到设计、使用安全性等问题。所以,磷酸铁锂电池制作过程中对涂布均一性的控制很严格。做配方、涂布工艺的知道,材料颗粒越小,涂布越难做均匀。

电极浆料应属非牛顿流体中的触变流体,该类流体的特点是静止时粘稠,甚至呈固态,但搅动后变稀而易于流动。粘结剂在亚微观状态下是线性或网状结构,搅动时,这些结构被破坏,流动性就好,静止后,它们又重新形成,流动性就变差。磷酸铁锂颗粒细小,同等质量下,颗粒数量增加,要把他们联结起来组成有效的导电网络,需要的导电剂的量也相应增加。颗粒小、导电剂用量增加,所需的粘结剂用量也上升。静置时,更容易形成网状结构,流动性比常规材料差。

从搅拌器取出后浆料到涂布的过程中,很多厂商还是采用周转桶转移,过程中浆料不搅拌或者搅拌强度低,浆料的流动性发生变化,逐渐变得粘稠,以至于像果冻一样。流动性不好,导致涂布的均一性不好,表现为极片面密度公差增大,表面形貌不好。

根本的是从材料上进行改善,如提高导电性加大颗粒、颗粒球形化等,短时间内可能有效果较为有限。立足现有材料,从电池加工的角度来说,改善的途径,可从以下几项进行尝试:

1、采用“线性”的导电剂

所谓的“线形”“颗粒形”导电剂是笔者形象的说法,学术上可能不是如此描述。

采用“线形”导电剂,目前主要是vgcf(碳纤维)和cnts(碳纳米管)、金属纳米线等。它们直径在几个纳米到几十纳米,长度在几十微米以上甚至于几厘米,而目前常用的“颗粒形”导电剂(如superp,ks-6)尺寸一般在几十个纳米,电池材料的尺寸为几个微米。“颗粒形”导电剂和活性物质组成的极片,接触类似点和点之间的接触,每个点能只与周围的点发生接触;“线形”导电剂与活性物质组成的极片中,是点和线、线和线的接触,每个点可以同时和多根线接触,每根线也可以同时和多根线接触,接触的节点更多,导电通道也就更为通畅,导电能力也就更好。使用多种不同形态的导电剂组合,可以发挥更好的导电效果。

使用cnts或者vgcf等“线性”导电剂可能产生的影响有:

(1)线性导电剂在一定程度上提升粘结效果,提高极片柔韧性和强度;

(2)减少导电剂用量(记得曾有报道说cnts的导电效能为同质量(重量)常规颗粒导电剂的3倍),综合(1),胶用量也有可能降低,活性物质含量可提高;

(3)改善极化,降低接触阻抗,改善循环性能;

(4)导电网络接触节点多,网络更为完善,倍率性能较常规导电剂更为出色;散热性能提升,对高倍率电池很有意义;

(5)吸收性能得到改善;

(6)材料价格较高,成本上升。1kg导电剂,常用的superp仅为数十元,vgcf大约两三千元,cnts比vgcf略高(当添加量为1%时,1kgcnts以4000元计算,大约每ah成本增加0.3元);

(7)cnts、vgcf等比表面较高,如何分散是使用中必需解决的一个问题,否则分散不好性能得不大发挥。可借助超声分散等手段。有cnts厂家提供分散好的导电液。

2、改善分散效果

分散效果好的浆料,则颗粒接触团聚的概率会大为降低,浆料的稳定性会得到很大改善。通过配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果,采用前面提及的超声分散也是一个有效方法。

3、改进浆料转移过程

浆料储存时可考虑提高搅拌速度避免浆料粘稠;对于使用周转桶转移浆料的,尽可能缩短出料到涂布的时间,有条件的改用管道输送,改善浆料粘稠现象。

4、采用挤压涂布(喷涂)

挤压涂布可以改善刮刀涂布表面纹路、厚度不均等现象,但是设备价格较高,对浆料的稳定性要求较高。

 

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