磷酸鐵鋰材料在電池加工中的一些問題

2021-03-04 01:22:59 字數 2082 閱讀 5737

從攪拌器取出後漿料到塗佈的過程中,很多廠商還是採用周轉桶轉移,過程中漿料不攪拌或者攪拌強度低,漿料的流動性發生變化,逐漸變得粘稠,以至於像果凍一樣。流動性不好,導致塗佈的均一性不好,表現為極片面密度公差增大,表面形貌不好。

根本的是從材料上進行改善,如提高導電性加大顆粒、顆粒球形化等,短時間內可能有效果較為有限。立足現有材料,從電池加工的角度來說,改善的途徑,可從以下幾項進行嘗試:

1、採用「線性」的導電劑

備註:所謂的「線形」「顆粒形」導電劑是筆者形象的說法,學術上可能不是如此描述。

採用「線形」導電劑,目前主要是vgcf(碳纖維)和**ts(碳奈米管)、金屬奈米線等。它們直徑在幾個奈米到幾十奈米,長度在幾十微公尺以上甚至於幾厘公尺,而目前常用的「顆粒形」導電劑(如super p,ks-6)尺寸一般在幾十個奈米,電池材料的尺寸為幾個微公尺。如圖示,「顆粒形」導電劑和活性物質組成的極片,接觸類似點和點之間的接觸,每個點能只與周圍的點發生接觸;「線形」導電劑與活性物質組成的極片中,是點和線、線和線的接觸,每個點可以同時和多根線接觸,每根線也可以同時和多根線接觸,接觸的節點更多,導電通道也就更為通暢,導電能力也就更好。

使用多種不同形態的導電劑組合,可以發揮更好的導電效果,具體如何使選擇導電劑,對於電池製作是乙個很值得探索的問題。

使用**ts或者vgcf等「線性」導電劑可能產生的影響有:

(1)線性導電劑在一定程度上提公升粘結效果,提高極片柔韌性和強度;

(2)減少導電劑用量(記得曾有報道說**ts的導電性能為同質量(重量)常規顆粒導電劑的3倍),綜合(1),膠用量也有可能降低,活性物質含量可提高;

(3)改善極化,降低接觸阻抗,改善迴圈效能;

(4)導電網路接觸節點多,網路更為完善,倍率效能較常規導電劑更為出色;

散熱效能提公升,對高倍率電池很有意義;

(4)吸收效能得到改善;

(5)材料**較高,成本上公升。1kg導電劑,常用的super p僅為數十元,vgcf大約兩三千元,**ts比vgcf略高(當新增量為1%時,1kg **ts以4000元計算,大約每ah成本增加0.3元);

(6)**ts、vgcf等比表面較高,如何分散是使用中必需解決的乙個問題,否則分散不好效能得不大發揮。可借助超聲分散等手段。有**ts廠家提供分散好的導電液。

2、改善分散效果

分散效果好的漿料,則顆粒接觸團聚的概率會大為降低,漿料的穩定性會得到很大改善。通過配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果,採用前面提及的超聲分散也是乙個有效方法。

3、改進漿料轉移過程

漿料儲存時可考慮提高攪拌速度避免漿料粘稠;對於使用周轉桶轉移漿料的,盡可能縮短出料到塗佈的時間,有條件的改用管道輸送,改善漿料粘稠現象。

4、採用擠壓塗佈(噴塗)

擠壓塗佈可以改善刮刀塗佈表面紋路、厚度不均等現象,但是裝置**較高,對漿料的穩定性要求較高。

三、乾燥困難

由於磷酸鐵鋰比表面大、粘結劑用量大,製備漿料時所需要的溶劑用量也就大,塗佈後乾燥也就較為困難。如何控制溶劑的揮發速度,則是乙個值得關注的問題。溫度高、風量大,乾燥速度快,產生的空隙也就大,同時還可能帶動膠質的遷移,導致塗層中材料分布不均,如果膠質在表層產生聚集,則會阻礙帶電粒子的傳導,增大阻抗。

溫度低、風量低,溶劑逸出慢,乾燥時間長,產能低。

四、粘結性能較差

磷酸鐵鋰材料的顆粒小,比表面比比鈷酸鋰、錳酸鋰配增大了很多,需要的粘結劑也就更多。但是粘結劑用多了,降低活性物質的含量,能量密度就降低,所以可能的情況下,電池生產過程中會盡力減少粘結劑用量。為改善粘結效果,目前磷酸鐵鋰加工的通用做法一方面提高粘結劑的分子量(分子量高,粘結能力提高,但是分散越困難、阻抗越高),一方面是提高粘結劑用量。

目前似乎結果還不是讓人滿意。

五、柔韌性較差

目前磷酸鐵鋰極片加工時,普遍感覺極片較硬、較脆,對疊片來說可能影響不是稍小,但對是在捲繞時,則是很為不利。極片柔韌性不好,捲繞彎曲時就容易掉粉、斷裂,導致短路等不良。這方面的機理解釋尚不清楚,猜測是顆粒小,塗層的彈性空間小。

降低壓實密度可以有所改善,但是這樣體積能量密度也就降到。原本磷酸鐵鋰的壓實密度就比較低,降低壓實密度是不得以才會採取的手段。

以上是磷酸鐵鋰電池加工過程中常見的問題和個人的一些看法,限於時間和個人水平,可能有不少謬誤,在此厚顏提出,做拋磚引玉之舉,如有大方之家,還請指點斧正。如有其他發現或者看法,歡迎**。

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