锂电池正负极浆料过滤工艺.docx
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1、锂电池正负极浆料过滤工艺目录1 .引言12 .浆料的主要成分23 .浆料的过滤24 .对浆料过滤器的要求35 .防止浆料浪费46 .锂离子电池制浆工艺的主要步骤46.1.制浆准备56.2.活性物质的预混合56.3.高速搅拌分散56.4.真空脱气泡66.5.匀浆过程66.6.过滤67 .解决方案68 .结论7锂离子电池电芯由阳极、阴极、电解液、隔膜和其他部件组成。锂离子电池的工作原理可以简单描述为:锂离子在阳极和阴极之间移动,从而在充电和放电过程中携带并储存电子。在整个制造过程中,涂覆步骤中的电极浆料过滤非常关键。经过过滤处理后,需要将阴极/阳极电极浆料涂覆在金属电极(集流体)上。阴极浆料涂覆在
2、铝箔上,而阳极浆料涂覆在铜箔上。金属极片上的涂层平滑,否则将造成电池的电气短路,影响电池的功率性能。电极上的涂层缺陷会降低电池产量,并提高电池的缺陷率。为保证涂层上的大颗粒不会造成短路或降低电池寿命,必须使用筛网过滤器,只允许小于规定粒径的活性物质通过,而大颗粒则无法通过筛网过滤器。未过滤或过滤不充分会导致电极表面缺陷。通常情况下,在涂覆头之后安装电荷耦合装置(CCD)来检测电极的质量。过滤和涂覆不充分带来的缺陷包括:漏箔、凝胶团聚、亮划线、起泡、涂布凹坑等。本应用简要介绍了在电极浆料涂覆过程中可以采用的适当过滤方法,以减少大颗粒和可变形污染物。过滤方法得当可以确保对涂布喷头提供持续物料供应,
3、既可以提高产量,增加收入,也有助于提高设备的整体效率。2 .浆料的主要成分阴极浆液含有作为活性成分的三元材料1i(NiCoMn)O2或1iFeP04作为粘合剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、作为溶剂的N甲基毗咯烷酮(NMP)、以及作为添加剂的一些其他化学品。阳极浆液由以下成分组成:作为活性成分的石墨、作为粘合剂的苯乙烯一丁二烯橡胶(SBR)、作为溶剂的去离子水(D1水)、以及作为添加剂的一些其他化学物质,如竣甲基纤维素(CMC)用作增稠剂。3 .浆料的过滤采用单一微米精度过滤器、梯度孔径结构过滤器或多个孔径从上游到下游递减的过滤器来优化过滤。过滤系统的优化取决于活性电池颗粒的粒度和分布。向涂布喷头提
4、供高质量浆料需要监测系统及每个过滤器的压降,这确保了向模头提供足够的浆料;及时更换过滤器,以防止由于过滤器上的高压降而导致流量衰减。浆料涂覆工艺的设计各不相同,大多数系统使用两级或三级过滤。大多数客户设计使用金属网作为第一级过滤。金属网过滤器可以清洗和重复使用,以降低运行成本。第二和第三级过滤采用无纺布深层过滤器。囊式过滤器是第二和第三阶段操作的不错选择,可缩短清洁时间并快速更换,从而降低了连续涂覆过程中中断的次数。SMt1jCdMPe图1典型阴/阳极浆料过滤工艺4 .对浆料过滤器的要求缺陷率百阴极和阳极浆料的粘度非常高,约为IOKCP(通常,阴极浆液比阳极浆液粘度更高)。因此,在该应用中,偏
5、向于使用刚性滤芯,以避免与粘胶流体流动相关的高压降导致滤芯变形和坍塌。非刚性结构压温的源芯刚性结构IH2:联性结构源材和非*性效材比较图2刚性结构滤材和非刚性结构滤材比较阴/阳极浆料中还含有凝胶状污染物。凝胶是由浆液中的粘合剂过早固化或干燥而产生的。去除凝胶状杂质的较好方法是使用刚性深层过滤器。当凝胶状污染物未去除或通过表面过滤器挤出,它们将沉积在阴极或阳极电极上,导致电池性能下降。深层过滤介质表面过滤介质图3深层滤材与表面滤材的比较在浆料过滤过程中,需要具有陡峭(分级)截留曲线的过滤器,以阻止超大颗粒,并让小粒径的有效成分通过。分级过滤有助于去除大颗粒浆料,同时保持固体含量。分级过滤器通常采
6、用孔隙密度均匀的滤材制成。此外,使用具有分级刚性结构滤材的深层过滤器进行浆料过滤,可以提供大量过滤层并防止由于施加压力而导致的孔径变化。5 .防止浆料浪费电极浆料成本较高,尤其是由于活性原料的高成本而导致的阴极浆液。因此,应尽可能避免浆料浪费。囊式过滤器设计应具备低溢出,甚至无溢出、浆料材料易回收、减少清洁和使用溶剂以及减少固废等优点。相比之下,如果在涂覆过程中使用芯式过滤器,则需使用溶剂或去离子水清洗使用过的过滤器滤筒,这将导致锂离子电池制造过程中的额外运营成本。6 .锂离子电池制浆工艺的主要步骤典型水性体系和油性体系的制浆工艺流程见图。具体的加料顺序、加料批次以及工艺参数,因不同的浆料要求
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