新聞分類

國內業務:18765127718

國際業務:15266071783

售后服務:15163602093

人力資源:18953651612

業務郵箱:jnzhang@winabattery.com

公司地址:壽光東城工業園(濰高路與羊田路交匯處向北2公里路西)

行業新聞

鋰電池漿料制備技術及其對電極形貌的影響(2)

分類  行業新聞    發布時間:  2018/05/04

文獻《Conveying Advanced Li‐ion Battery Materials into Practice The Impact of Electrode Slurry Preparation Skills[J]. Advanced Energy Materials》基于最理想的電池極片微觀結構特征,綜述了目前工業生產上先進的鋰離子電池電極漿料的制備技術,及其對電極形貌和性能的影響。筆者翻譯本文總共分成4個部分,本文為第二篇。

5、分散劑和表面活性劑的影響 

表面活性劑在漿料制備中對顆粒團聚的分散有重要的影響。它們一般通過兩種方式阻止顆粒團聚,使活物質和導電劑更好混合,漿料更加均勻。 

(1)顆粒團聚體的分散由顆粒表面和漿料溶劑的接觸角控制,接觸角取決于顆粒材料與溶劑的相互作用,其值越小,溶劑對顆粒表面的作用力越大,粉體分散效果則越好。表面活性劑減小接觸角,縮小團聚體內部作用力和顆粒-溶劑作用力的差值,因此利于團聚體分散。即使表面活性劑降低接觸角至0,但這一熱動力學條件并不會消除粉體分散所需要的激活能,因此團聚體的分散仍舊決定于攪拌輸入能量強度。 

(2)漿料中,最終的團聚體尺寸、活物質和導電劑的分布狀態、漿料的均勻性和團簇的形貌也是顆粒重組過程所控制的,這個重組是由相互碰撞的團簇之間的吸引力所形成的。表面吸附改變團簇內部的作用力,陰離子或陽離子表面活性劑通過靜電力作用阻礙團簇合并,同時也會形成空間位阻。 

已有文獻報道通過向漿料添加表面活性劑提高活物質和導電劑的混合效果和電池性能。如文獻報道了表面活性劑輔助攪拌工藝(襯底誘發凝結,substrate induced coagulation,SIC)。 SIC工藝按照活物質顆粒吸收能力嚴格控制添加量,向活物質懸浮液中加入表面活性劑,這能夠使細小的導電劑顆粒均勻分布在較大的活物質顆粒表面上。 表面活性劑(明膠或聚乙烯醇)對導電劑具有很強的親合力,因此導電劑均勻分布在活物質表面上。這樣所制造的電極性能得到改善。 

如果活物質納米顆粒比導電劑還小,也可以采用類似的方法。將高長寬比導電劑(碳納米管,CNT)與粘合劑溶液(聚丙烯酸,PAA)混合,CNT被粘合劑分子包圍。隨后,將納米活物質顆粒加入到被PAA包圍的導電劑懸浮液中,活物質顆粒將均勻地粘附在導電劑表面上(該工藝被稱為聚合物輔助組裝)。該方法具體示意圖如圖8a所示,由圖8(b)可見,所制備的電極的性能優異。

 

如上所述,鋰離子電池電極漿料不僅含有固體部分(活物質/導電劑)、溶劑和表面活性劑(并非所有漿料都有),而且還有溶解的聚合物(粘合劑)。而且,粘合劑對活物質/導電劑的分散過程產生重要影響。首先,粘合劑常與活物質/導電劑表面相互作用,通過空間位阻或靜電作用阻止活物質/導電劑二次顆粒的合并和團聚,這個過程取決于粘合劑和活物質/導電劑表面性質。粘合劑可以降低接觸角,利于漿料溶液潤濕活物質/導電劑表面。因此,溶解的粘合劑也類似于表面活性劑。由于導電劑/粘合劑漿料的毛細作用,具有低接觸角的粘合劑溶液還有助于干燥時在相鄰活物質顆粒之間形成粘合劑/導電劑相互混合的導電網絡通路,這些通路提高了活物質顆粒間的電導率,從而提高了電極的性能和循環壽命。第二,粘合劑溶液的彈性性質對攪拌過程具有明顯的影響,特別是流體剪切應力攪拌。第三,粘合劑聚合物鏈可以相互作用形成相互連接的網絡,從而導致顆粒聚集體或形成絮凝漿料。粘合劑改變活物質/導電劑表面與漿料溶劑的相互作用,這可以使活物質/導電劑顆粒聚合,或者相反地,也可以有助于活物質/導電劑粉末的分散,這關鍵取決于粘結劑的特性。 

現在,由于水比有機溶劑便宜,不易燃和環境安全,在鋰離子電池漿料生產中傾向于使用水基溶劑漿料。水做溶劑就需要水溶性粘合劑,由于PVDF這種粘合劑及其溶劑(NMP)存在安全問題,所以避免使用最常見的PVDF粘合劑(需要非水溶劑)確實是有利的。還有報道稱,與使用非水性漿料制備的電極相比,用水基漿料制備的電極粘合劑分布更均勻(因此具有更好的性能)。此外,水溶性粘合劑對于高容量Si基負極是優選。 

水性溶劑的具體特征就是許多活物質/導電劑材料對水的親和力低,特別是硅基材料和石墨類導電劑。要解決這個問題,通常采用一類粘結劑,它們在活物質/導電劑的表面是活性的,這類粘結劑包括聚丙烯酸酯,明膠,殼聚糖/殼聚糖衍生物,纖維素/纖維素衍生物,藻酸鹽等。據報道,這些粘合劑阻礙活物質/導電劑團聚,并且通過減少接觸角來維持活物質/導電劑粉末分散。粘合劑輔助作用下溶劑滲透進入粉末團聚內部也對團簇分解產生了重要的影響。滲透可以在兩個相反的方向上起作用:它可以使團簇致密化,增加聚簇對分散的阻力;另一方面,又可能有利于減少聚集體的總體內聚力而增加分散性,這主要根據粘合劑溶液的粘度和粘合劑與活物質/導電劑表面相互作用的特性決定。粘合劑溶液并不總是對所用活物質都有好的分散能力。在許多情況下,表面活性劑/分散劑的應用提高了活物質/導電劑漿料的分散性和均勻性。但是,表面活性劑可能會存在問題。第一個問題是表面活性劑在漿料干燥后仍然存在于活物質/導電劑表面,因此可能損害電極導電性,這種情況下,使用在電極干燥過程中會消失的揮發性表面活性劑(例如乙醇)是有利的。第二個問題是許多用于水性漿料中的陰離子/陽離子表面活性劑/分散劑可能引起鋁集流體的腐蝕。 

總之,表面活性劑可以顯著改善漿料均勻性,并且與料制備技術相結合增強活物質/導電劑混合程度。同時,表面活性劑的選擇也要小心,表面活性劑殘留物可能損害電極性能。


红牛彩票-首页