鉅大LARGE | 點擊量：1201次 | 2019年04月27日
鋰電池人必看的鋰離子電池生產配料基礎知識！
一、電極的組成：
1、正極組成：
a、鈷酸鋰：正極活性物質，鋰離子源，為電池提供鋰源。
b、導電劑：提高正極片的導電性，補償正極活性物質的電子導電性。
提高正極片的電解液的吸液量，增加反應界面，減少極化。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
c、PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導電劑和鋁箔或鋁網粘合在一起。
d、正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。
2、負極組成：
a、石墨：負極活性物質，構成負極反應的主要物質；主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。
b、導電劑：提高負極片的導電性，補償負極活性物質的電子導電性。
提高反應深度及利用率。防止枝晶的產生。利用導電材料的吸液能力，提高反應界面，減少極化。（可根據石墨粒度分布選擇加或不加）。
c、添加劑：降低不可逆反應，提高粘附力，提高漿料黏度，防止漿料沉淀。
d、水性粘合劑：將石墨、導電劑、添加劑和銅箔或銅網粘合在一起。
e、負極引線：由銅箔或鎳帶制成。
二、配料目的：
配料過程實際上是將漿料中的各種組成按標準比例混合在一起，調制成漿料，以利于均勻涂布，保證極片的一致性。配料大致包括五個過程，即：原料的預處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。
配（一）、正極配料原理1、原料的理化性能。
（1）鈷酸鋰：非極性物質，不規則形狀，粒徑D50一般為6-8μm，含水量≤0.2%，通常為堿性，PH值為10-11左右。
錳酸鋰：非極性物質，不規則形狀，粒徑D50一般為5-7μm，含水量≤0.2%，通常為弱堿性，PH值為8左右。
（2）導電劑：非極性物質，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值~300，粒徑一般為2-5μm；主要有普通碳黑、超導碳黑、石墨乳等，在大批量應用時一般選擇超導碳黑和石墨乳復配；通常為中性。
（3）PVDF（聚偏二氟乙烯）粘合劑：非極性物質，鏈狀物，分子量從300，000到3，000，000不等；吸水后分子量下降，粘性變差。
（4）NMP（N-甲基吡洛烷酮）：弱極性液體，用來溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料。
2、原料的預處理
（1）鈷酸鋰：脫水。一般用120℃常壓烘烤2小時左右。
（2）導電劑：脫水。一般用200℃常壓烘烤2小時左右。
（3）粘合劑：脫水。一般用120-140℃常壓烘烤2小時左右，烘烤溫度視分子量的大小決定。
（4）NMP：脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設施，直接使用。
3、原料的摻和：
料原理：
（1）粘合劑的溶解（按標準濃度）及熱處理。
（2）鈷酸鋰和導電劑球磨：使粉料初步混合，鈷酸鋰和導電劑粘合在一起，提高團聚作用和的導電性。配成漿料后不會單獨分布于粘合劑中，球磨時間一般為2小時左右；為避免混入雜質，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
4、干粉的分散、浸濕：
（1）原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時間的推移，將會吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開始爭奪固體表面；如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強，液體不能浸濕固體；如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。
當潤濕角≤90度，固體浸濕。
當潤濕角＞90度，固體不浸濕。正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕，所以正極粉料分散相對容易。
（2）分散方法對分散的影響：
A、靜置法（時間長，效果差，但不損傷材料的原有結構）；
B、攪拌法；自轉或自轉加公轉（時間短，效果佳，但有可能損傷個別材料的自身結構）。
1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段；球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態，效果佳。
2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高，分散速度越快，但對材料自身結構和對設備的損傷就越大。
3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導致材料的浪費和漿料沉淀的加重。
4、濃度對粘結強度的影響。濃度越大，柔制強度越大，粘接強度越大；濃度越低，粘接強度越小。
5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度；材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。
6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結皮，太冷漿料的流動性將大打折扣。
5、稀釋。將漿料調整為合適的濃度，便于涂布。
（二）、負極配料原理（大致與正極配料原理相同）1、原料的理化性能。
（1）石墨：非極性物質，易被非極性物質污染，易在非極性物質中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新團聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規則，主要有球形、片狀、纖維狀等。
（2）水性粘合劑（SBR：丁苯橡膠）：小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。
（3）防沉淀劑（CMC：羧甲基纖維素）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。
（4）異丙醇：弱極性物質，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑網狀交鏈，提高粘結強度。乙醇：弱極性物質，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結強度（異丙醇和乙醇的作用從本質上講是一樣的，大批量生產時可考慮成本因素然后選擇添加哪種）。
（5）去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動性。
2、原料的預處理：
（1）石墨：A、混合，使原料均勻化，提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤，除去表面油性物質，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角（有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低）。
（2）水性粘合劑：適當稀釋，提高分散能力。
3、摻和、浸濕和分散：
（1）石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。
（2）可先用醇水溶液將石墨初步潤濕，再與粘合劑溶液混合。
（3）應適當降低攪拌濃度，提高分散性。
（4）分散過程為減少極性物與非極性物距離，提高勢能或表面能，所以為吸熱反應，攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應該適當升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時提高流動性，降低分散難度。
（5）攪拌過程如加入真空脫氣過程，排除氣體，促進固-液吸附，效果更佳。
（6）分散原理、分散方法同正極配料中的相關內容，在三、（一）、4中有詳細論述，在此不予詳細解釋。
4、稀釋。將漿料調整為合適的濃度，便于涂布。
四、配料注意事項：
1、防止混入其它雜質；
2、防止漿料飛濺；
3、漿料的濃度（固含量）應從高往低逐漸調整，以免增加麻煩；
4、在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻；
5、漿料不宜長時間擱置，以免沉淀或均勻性降低；6、需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料性質變化；
7、攪拌時間的長短以設備性能、材料加入量為主；攪拌槳的使用以漿料分散難度進行更換，無法更換的可將轉速由慢到快進行調整，以免損傷設備；
8、出料前對漿料進行過篩，除去大顆粒以防涂布時造成斷帶；
9、對配料人員要加強培訓，確保其掌握專業知識，以免釀成大禍；
10、配料的關鍵在于分散均勻，掌握該中心，其它方式可自行調整。
“鋰電池放電放得越盡，電池的損耗就會越大”，艾克郎大學，幫助美國太空總署NASA研究延長電池壽命的電子工程教授TomHartley，說到，“給電池充電充得越滿，電池的損耗也會越大。鋰電池最好是處于電量的中間狀態，那樣的話電池壽命最長。”
首先，過高和過低的電量狀態對鋰電池的壽命有最不利的影響，而充放電循環次數反而是次要的。其實，大多數售賣電器或電池上標識的可反復充電次數，都是以放電百分之80為基準測試得出的。實驗表明，對于一些筆記本電腦的鋰電池，經常讓電池電壓超過標準電壓0.1伏特，即從4.1伏上升到4.2伏，那么電池的壽命會減半，再提高0.1伏，則壽命減為原來的3分之一；長期低電量或者無電量的狀態則會使電池內部對電子移動的阻力越來越大，于是導致電池容量變小。美國宇航局NASA讓其哈勃太空望遠鏡上電池的消耗電量設定在總容量的百分之10，以確保電池可以反復充放電10萬次而不必更新。哈勃太空望遠鏡上電池的消耗電量設定在總容量百分之10，電池充放電循環次數可達10萬次。
其次，溫度對鋰電池壽命也有較大的影響（手機和其他小型電子設備對此點可忽略）。冰點以下的環境有可能使鋰電池在電子產品打開的瞬間燒毀，而過熱的環境則會縮減電池的容量。因此，如果筆電長期使用外接電源也不將電池取下來，電池就長期處于筆記本排出的高熱當中，更主要的是，電池長期處于百分之100的電量狀態，很快就會報廢（包括我自己的筆電電池就是這么玩完的）。
由以上，我們可以總結出以下幾點確保鋰電池容量和壽命的注意事項：
不需要將鋰電池充到百分之100滿電，更不要將電量使用殆盡。在情況允許的情況下，盡量使電池的電量維持在半滿狀態附近，充電與放電的幅度越小越好；通用ChevyVolt電動車的出廠設計就是強制將電池電量維持在20%至80%，而蘋果筆電的內置電池可能也是運用了這一方法（包括其他一些筆電和電子產品），讓電池的可充放電周期數增加。
不要將鋰電池（尤其是筆記本鋰電池）長期在設備使用外接電源的情況下工作。就算您的筆記本散熱良好，長期百分之100的電量就等于對鋰電池的謀殺。
1.如果你長期用外接電源為筆記本電腦供電，或者電池電量已經超過80%，馬上取下你筆記本的電池、平時充電不需將電池充滿，充至80%左右即可；調整操作系統的電源選項，將電量警報調至20%以上，平時電池電量最低不要低于20%，在下降到20%以前即要進行充電；
2.手機等小型電子設備，充好電了就應立刻斷開電源線（包括充電功能的USB接口），一直接著會損害電池；要經常充電，記起來就充，但不必非得把電池充滿；
3.無論是對筆記本還是手機等，都一定不要讓電池耗盡；
4.如果要外出旅行，把電池充滿吧，但請記得在條件允許的情況下隨時為電器充電，為了電池壽命，一定不要等到電池放干；
5.使用更為智能省電的操作系統，比如正版Windows7。
現今人們都擁有不少電子設備，其中很大一部分使用鋰電池，確保電池壽命非常實用。畢竟電池報廢了還要回收處理，否則就會對環境造成嚴重污染。
五、總論：隨著電池制程的日益透明，鋰離子電池生產廠家越來越將配料列為核心機密，因為從材料的挑選、處理到合理搭配包含了太多技術人員的心血，同樣的材料，有的廠家用起來特別順利，有的廠家就麻煩百出；有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池，而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹；配料的基礎知識可以讓大家對配料的了解多一些，少走一些彎路；但水平有限，難免有疏漏之處，希望大家多多批評指正。也期望大家在工作中認真研究，真誠交流，大膽創新，團結起來，共同促進中國鋰離子電池生產水平的提高。
