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锂电池基本制作及注意事项

时间:2020-12-02 来源: 动力电池网

 一、材料理化性能定义及描述

比表面积(m2/g):指材料单位质量粒子所具有的表面积。(测试方法:计算单位重量的材料所吸附的氩气体积)。粒径(µm):材料颗粒大小的描述,指材料粒子的直径大小。D50则描述材料平均粒径大小。振实密度(g/cm3):材料通过一定机械振动所得单位质量所振实下去的体积。
另外,还有材料本身结构、外观型态、放电容量、容量效率、杂质含量等也是各项材料性能制约因素。
 
 
二、电极中的各种材料及其基本用途特性
 
1、导电剂类
碳墨类导电剂,属无定形碳,导电性能良好,有强吸附性,比表面积大,约为60-100 m2/g,其本身没有容量。人造石墨类导电剂,导电性较碳墨类稍差,但比表面积较小,为10-30m2/g,本身有容量,约为290mAh/g,其加工性能较好。另外还有天然石墨类,因其本身导电性良好,也可作为导电剂,又因本身容量较高,也可作为负极材料。而纳米级碳纤维,导电性能良好,加工性能良好,但价格昂贵。
 
2、电极材料
就一般锂离子二次电池而言正极材料:钴酸锂,本身克容量135-150mAh/g,压实密度3.65-4.00g/cc,LiCoO2为正极的锂离子电池具有开路电压高、比能量高(理论比能量1068Wh/kg,理论容量274mAh/g)、循环寿命长、能快速放电的特点,但价格贵。负极材料:人造石墨、中间相碳微球、天然石墨改性类等等。普通人造石墨:克容量290-310mAh/g,压实1.45-1.55g/cc。中间相碳微球:克容量310-320mAh/g,压实1.55-1.65g/cc。天然石墨改性:克容量320-340mAh/g,压实1.55-1.65g/cc。
 
3、胶类
对于俗名为PVDF的高分子胶来说,其化学名为聚偏氟乙烯,其粘度的大小受分子量、官能团位置及加工工艺影响。一般来说,对于相同加工工艺、相同官能团位置,则其分子量越大其粘度越高,但随着粘度的增高,其对浆料的沉降现象也就更为明显。而CMC和SBR则为水性体系中所配合使用的胶。CMC(羧甲基纤维素纳):白色或微黄色粉末,本身有粘接性能,但在水性体系中其最基本作用还是分散材料及SBR。SBR(丁苯橡胶乳 ):白色带浅蓝色乳状液体,高分子化合物,与CMC混合使用,其粘接性能较好。
 
 
三、电池表现良好性能需要满足的几个条件
 
对于材料来说,要使其表现出良好的性能,无非要达到以下几个条件:1、材料本身结构的完美性,颗粒大小的均一性,颗粒外观的平滑性; 2、活性物分子在电极中的均一散布; 3、活性物分子与导电剂的良好接触; 4、顺畅地传导网络; 5、与电解液良好的浸润程度; 6、针对各种材料性能的良好工艺条件。
 
 
四、搅拌方法及顺序
 
1、搅胶
PVDF:按照所要配置的浓度称取足量的PVDF干粉,放入干燥烘箱内,以70-80度恒温烘烤60-120min,再称取足量的NMP入配胶容器中,将容器固定,再匀速分散地将PVDF干粉加入容器中,边搅动边溶解,直到加完PVDF干粉,将容器尽量密封,搅拌3-4h,待干粉完全溶解,可慢搅以除去胶中的气泡或是将其溶液倒入固定容器中,密封静置一段时间即可。此胶忌水,其浓度一般为12%。
 
CMC:方法步骤基本同上,只是该溶液体系为水性,其溶剂为去离子水而非NMP,且该溶液体系浓度一般为2-3.5%。
 
2、搅油性材料
将材料取足量于160度真空烘箱真空烘烤4h,取出材料待其冷却后再行搅拌,一般步骤如下:
2.1    加入导电剂SP,用足量NMP将其润湿,并快搅10-20min。
2.2    向第一步中加入其它导电剂,快搅10-20min。
2.3    加入活性物及胶,用勺子搅拌,后将其置于搅拌器上高速搅拌,直至看到浆料表面较为光滑,转而将其固定于搅拌器上搅拌2h(此步要求浆料要高速稠搅,达到分散之目的)。
2.4    调节其固含,慢搅30min以便除尽汽泡。
2.5    取下浆料,过滤。
 
 
3、搅水性材料
3.1    加入导电剂SP,用少量NMP将其润湿,并搅拌10-20min。
3.2     向第一步中加入其它导电剂、活性物及CMC与适量的H2O,用勺子搅拌,后将其置于搅拌器上高速搅拌,直至看到浆料表面较为光滑,再将其固定于搅拌器上搅拌1.2-1.5h(此步要求浆料要高速稠搅,达到分散之目的)。
3.3    向第二步中加入适量的H2O调节稀稠。
3.4    向上一步浆料中加入足量的SBR,中速搅拌至SBR完全溶解,大概30min左右。(加SBR时要求低温慢速)
3.5    加入浆料含水量10-15%NMP(含第1步中加的NMP),慢搅除气泡,30min左右。
3.6    取下浆料,过滤。
 
 
五、实验过程中常见问题、解决方案及影响
 
1、烘料目的、时间及温度。电极材料:为除去其中的水份、油脂及尘灰,烘烤条件一般为160度4H。胶:主要除水份,烘烤条件一般70-80度烘烤60-120min。草酸:除水份及结晶水,烘烤条件一般70-80度烘烤30-60min。
2、导电剂的使用原则。导电剂一般混合使用,采用取长补短法则。
3、导电剂添加量对电池的影响。导电剂加少对容量、循环、平台、高低温放电性能及大电流放电、安全性能、内阻等均有影响。
4、配料时加料顺序之区别与优劣。导电剂与胶添加顺序、草酸添加顺序、NMP在水性料中的添加顺序等等。
5、胶加少及加错对电池性能的影响。
6、配料时急速冷却有何影响。
7、在油性负极配置中为何加草酸以及草酸的加法与及量如何。加草酸有两个目的:除去铜箔表面氧化层及在铜箔表面形成腐蚀沟,增加浆料对铜箔的附着性。其用量一般为PVDF用量的2%。
8、CMC、SBR在水性料中的作用及注意事项。CMC与SBR均有粘接性,在浆料中配合使用,其中CMC在此时主要起分散作用,SBR则主要起粘接作用。
9、配水性负极为何加NMP以及用量方法如何。水性负极中添加NMP主要是增加负箔表面张力,使浆料表看来更为光滑,且为了避免拉浆时的收边现象。不过,加料时应注意:SBR与NMP均为高分子有机物,快速或高温均能使两种材料发生反应,出现果冻状且伴有气体产生,表现为浆料中的小气孔。
10、固含、粘度和胶种类之间关系。
11、拉浆时烘箱温度高低如何。拉浆进温度过低极片未完全烘干致后序掉粉,温度过高,极片掉粉或出现明显裂纹、及有收边现象。
12、拉浆面密度不均匀或偏大偏小。拉浆面密度不均匀分为几个方面:极片前后面密度不一致,两边面密度不一致,极片搅料不均匀导致拉浆时面密度不一致,材料本身性能不稳定致拉浆面密度不稳定,另外还有极片面密度偏大或是偏小。
13、对辊压力调试。从两个方面来说,一是从粒子的微观结构来讲,二是从电极外观来说(起皮、掉粉、压皱)。
14、制片过程中与制片完后极片烘烤条件设制。极片烘烤目的是为了去除水份,但对其温度及时间却有控制,在制片过程中极片烘烤温度为130度,而在制片完成后极片烘烤温度为90度。
15、极片的储存条件。制片完成后,极片要储存在密封干燥环境中。

 

 

 

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