中國(guó)粉體網(wǎng)訊 自20世紀(jì)70年代以來(lái)，鋰離子電池作為一種新型的儲(chǔ)能電池逐漸受到人們的青睞并迅速發(fā)展起來(lái)。動(dòng)力鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、壽命長(zhǎng)、能耗低、污染小、無(wú)記憶效應(yīng)以及自放電小、內(nèi)阻小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車、航天等領(lǐng)域，與此同時(shí)，也存在安全性能差、單體電池一致性差等缺點(diǎn)，其中單體電池一致性是衡量動(dòng)力鋰離子電池性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)。
由于市場(chǎng)的需求，動(dòng)力鋰電池多為成組使用，對(duì)產(chǎn)品一致性的要求要遠(yuǎn)高于普通消費(fèi)類電子產(chǎn)品，因此需更加嚴(yán)格地控制鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程，即對(duì)生產(chǎn)鋰離子電池工藝及設(shè)備要求更高，繼而保證生產(chǎn)出來(lái)的單體電池具有高度一致性。
鋰離子電池的生產(chǎn)工藝流程主要包括：漿料制備、涂布、輥壓、制片、卷繞、注液、化成、分容、測(cè)試、包裝等。每個(gè)工序都會(huì)影響電池的一致性及安全性等各項(xiàng)性能指標(biāo)。而漿料制備作為鋰離子電池生產(chǎn)的第一步，其重要性不容小覷。
鋰離子電池的電極制造中，對(duì)電池漿料的主要要求是：分散均勻一致，假設(shè)漿料分散不均，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，這最終對(duì)電芯的電化學(xué)性能會(huì)造成非常大的影響；其次，漿料要有良好的沉降穩(wěn)定性和流變特性，滿足極片涂布工藝的要求，通過(guò)涂布得到厚度均一的涂層。因此選擇合適的混料工藝對(duì)鋰離子電池的生產(chǎn)至關(guān)重要。
目前，電極漿料的混料工藝分為濕法混料和干法混料兩種：濕法制漿工藝在國(guó)內(nèi)鋰離子電池行業(yè)中采用比較廣泛，近幾年，部分廠家開(kāi)始進(jìn)行干法混料實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)干法混料更有優(yōu)勢(shì)。在濕法混料工藝中，一般都選擇雙行星真空攪拌機(jī)作為主流鋰離子電池漿料的攪拌設(shè)備。
在鋰離子電池制造過(guò)程中，傳統(tǒng)制漿設(shè)備主要以行星攪拌機(jī)為主。按照攪拌軸的數(shù)量可以分為單軸攪拌機(jī)、雙軸攪拌機(jī)、三軸行星式攪拌機(jī)等。雙軸、三軸攪拌可以用于粘稠物的攪拌混合。目前市場(chǎng)上采用較多的是獨(dú)立雙軸的設(shè)計(jì)。
雙行星真空攪拌機(jī)示意圖
1—機(jī)架；2—升降油缸；3—液壓站；4—傳動(dòng)電機(jī)；
5—控制柜；6—攪拌桶；7—攪拌槳葉
雙行星攪拌機(jī)的作用機(jī)理是：在動(dòng)力機(jī)組驅(qū)動(dòng)下，攪拌機(jī)葉片沿固定方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)物料在葉片的推動(dòng)下做軸向旋轉(zhuǎn)和徑向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)存在軸向運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，因而在這種情況下會(huì)出現(xiàn)剪切攪拌和擴(kuò)散攪拌的多種混合方式，以達(dá)到物料混合均勻的目的。
傳統(tǒng)的攪拌系統(tǒng)存在以下不足：槳與桶壁、槳與桶底之間存在間隙，存在攪拌死角。
鋰離子電池漿料是一種漿體狀的正負(fù)極物質(zhì)，它是由特定的粘合劑、導(dǎo)電劑、溶劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)按照一定比例，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢瑁旌戏稚⒕鶆蚨瞥傻摹?/p>
根據(jù)文獻(xiàn)可知現(xiàn)有的工藝可歸納為原材料的預(yù)處理、混合分散、稀釋、脫泡以及過(guò)濾等六道工序。其中原料的預(yù)處理包括對(duì)正負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、NMP等材料進(jìn)行選配以及脫水干燥等一系列處理；混合分散工藝具體包括粘合劑、導(dǎo)電劑及活性材料的球磨、漿料的預(yù)混合攪拌以及高速分散等等；稀釋即向混合好的漿料加入溶劑，調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。就上述漿料制備工藝而言，其關(guān)鍵在于混合分散工藝及設(shè)備的研究。
常見(jiàn)的正極活性材料有鈷酸鋰、鎳鈷錳三元材料、錳酸鋰以及磷酸鐵鋰等。正極漿料制備具體工序如下：首先，將所需漿料組分按照一定的比例準(zhǔn)備好，然后將其中的固體組分（除粘結(jié)劑外）在干燥固態(tài)條件下充分混合；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理（主要包括脫水、烘干等）的PVDF、溶劑以及混合好的干燥固體粉末一起放入攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行混合分散，然后通過(guò)多次添加溶劑對(duì)漿料粘度進(jìn)行調(diào)整，最后制備出所需的鋰電正極漿料。負(fù)極漿料制備使用材料與正極不同，但是，負(fù)極漿料生產(chǎn)工序與正極漿料生產(chǎn)工序基本相同，不再贅述。
與國(guó)外相比，我國(guó)在鋰電池的制造設(shè)備上仍有很大的差距，并且沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，新能源電動(dòng)汽車關(guān)鍵核心部件的動(dòng)力鋰電池是制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸，它存在續(xù)航能力不足、電芯一致性差、生產(chǎn)成本高等方面的缺點(diǎn)。近年來(lái)，部分學(xué)者在行星式攪拌設(shè)備上進(jìn)行了大量的研究，也提出了許多改進(jìn)方案。國(guó)際上，德國(guó)、美國(guó)等國(guó)在分散工藝設(shè)備的研究方面取得了比較顯著的進(jìn)展。
古斯塔夫•愛(ài)立許機(jī)械制造公司成立于1863年，歷經(jīng)150多年，從研磨機(jī)制造廠逐漸成長(zhǎng)為一個(gè)國(guó)際化的集團(tuán)公司。公司自1870年開(kāi)始專業(yè)生產(chǎn)混合機(jī)，經(jīng)過(guò)100多年的不斷研究發(fā)展，現(xiàn)擁有世界上領(lǐng)先的混合技術(shù)。德國(guó)愛(ài)立許作為攪拌機(jī)行業(yè)的引領(lǐng)者，用戶遍布很多領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于顆粒、粉狀材料的混合攪拌均化。
愛(ài)立許強(qiáng)力勻漿機(jī)設(shè)備，因獨(dú)特的打漿技術(shù)原理，能夠滿足客戶電極漿料干混、打漿和除泡在一臺(tái)設(shè)備中完成，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
干混、打漿一體化設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)：高效控制輸入混合物的機(jī)械能和與其相關(guān)的剪切力；徹底打開(kāi)原料中的聚團(tuán)；均勻分散粘結(jié)劑；直接加濕活性材料、導(dǎo)電炭黑和添加劑，并得到最佳效果；在線控制及調(diào)節(jié)漿料粘度；極短的制備時(shí)間，30分鐘/批次；自動(dòng)連續(xù)工藝監(jiān)控，可以保證漿料最佳質(zhì)量和一致性；控制系統(tǒng)可視化界面和數(shù)據(jù)記錄，包括溫度、壓力和輸入的機(jī)械能。
時(shí)至今日，愛(ài)立許的很多設(shè)備在全固態(tài)電池的正極材料、電解質(zhì)制備、鋰電池前驅(qū)體和正極材料包覆、負(fù)極材料制備、鋰電池漿料制備和高固含和純干電極等領(lǐng)域，均有應(yīng)用。另外，公司還可以為鋰電池行業(yè)客戶提供一機(jī)多用私人定制的解決方案。在即將召開(kāi)的第三屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)（2022年2月22-23日，武漢）上，愛(ài)立許的金蔚經(jīng)理將為大家詳細(xì)介紹愛(ài)立許高效混合技術(shù)在固態(tài)電池關(guān)鍵材料制備中的應(yīng)用進(jìn)展。
參考文獻(xiàn)
1、郭宇蓉. 鋰電池漿料攪拌與涂布工藝的仿真及實(shí)驗(yàn)研究
2、周鳳滿. 鋰離子電池漿料雙螺桿混合與高速分散工藝研究
3、劉琴. 動(dòng)力鋰離子電池漿料制備工藝及設(shè)備研究
4、中國(guó)粉體網(wǎng)等
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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