磷酸铁锂离子电池的涂布均一性问题如何解决？

磷酸铁锂电池涂布不均，不仅电池一致性就不好，还关系到设计、使用安全性等问题。

 

所以，磷酸铁锂电池制作过程中对涂布均一性的控制很严格。做配方、涂布工艺的知道，材料颗粒越小，涂布越难做均匀。就其机理，我尚未看到相关的解释。涂布在线认为是电极浆料的非牛顿流体特性引起的。

 

电极浆料应属非牛顿流体中的触变流体，该类流体的特点是静止时粘稠，甚至呈固态，但搅动后变稀而易于流动。粘结剂在亚微观状态下是线性或网状结构，搅动时，这些结构被破坏，流动性就好，静止后，它们又重新形成，流动性就变差。磷酸铁锂颗粒细小，同等质量下，颗粒数量增加，要把他们联结起来组成有效的导电网络，需要的导电剂的量也相应增加。颗粒小、导电剂用量增加，所需的粘结剂用量也上升。静置时，更容易形成网状结构，流动性比常规材料差。

 

从搅拌器取出后浆料到涂布的过程中，很多厂商还是采用周转桶转移，过程中浆料不搅拌或者搅拌强度低，浆料的流动性发生变化，逐渐变得粘稠，以至于像果冻一样。流动性不好，导致涂布的均一性不好，表现为极片面密度公差增大，表面形貌不好。

 

根本的是从材料上进行改善，如提高导电性加大颗粒、颗粒球形化等，短时间内可能有效果较为有限。立足现有材料，从电池加工的角度来说，改善的途径，可从以下几项进行尝试：

 

1。采用“线性”的导电剂

 

所谓的“线形”“颗粒形”导电剂是笔者形象的说法，学术上可能不是如此描述。

 

采用“线形”导电剂，目前主要是VGCF(碳纤维)和CNTs(碳纳米管)、金属纳米线等。它们直径在几个纳米到几十纳米，长度在几十微米以上甚至于几厘米，而目前常用的“颗粒形”导电剂(如SuperP，KS-6)尺寸一般在几十个纳米，电池材料的尺寸为几个微米。“颗粒形”导电剂和活性物质组成的极片，接触类似点和点之间的接触，每个点能只与周围的点发生接触;“线形”导电剂与活性物质组成的极片中，是点和线、线和线的接触，每个点可以同时和多根线接触，每根线也可以同时和多根线接触，接触的节点更多，导电通道也就更为通畅，导电能力也就更好。使用多种不同形态的导电剂组合，可以发挥更好的导电效果，具体如何使选择导电剂，对于电池制作是一个很值得探索的问题。

 

使用CNTS或者VGCF等“线性”导电剂可能产生的影响有：

 

(1)线性导电剂在一定程度上提升粘结效果，提高极片柔韧性和强度;

 

(2)减少导电剂用量(记得曾有报道说CNTS的导电效能为同质量(重量)常规颗粒导电剂的3倍)，综合(1)，胶用量也有可能降低，活性物质含量可提高;

 

(3)改善极化，降低接触阻抗，改善循环性能;

 

(4)导电网络接触节点多，网络更为完善，倍率性能较常规导电剂更为出色;散热性能提升，对高倍率电池很有意义;

 

(5)吸收性能得到改善;

 

(6)材料价格较高，成本上升。1Kg导电剂，常用的SUPERP仅为数十元，VGCF大约两三千元，CNTS比VGCF略高(当添加量为1%时，1KgCNTs以4000元计算，大约每Ah成本增加0.3元);

 

(7)CNTS、VGCF等比表面较高，如何分散是使用中必需解决的一个问题，否则分散不好性能得不大发挥。可借助超声分散等手段。有CNTs厂家提供分散好的导电液。

 

2.改善分散效果

 

分散效果好的浆料，则颗粒接触团聚的概率会大为降低，浆料的稳定性会得到很大改善。通过配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果，采用前面提及的超声分散也是一个有效方法。

 

3.改进浆料转移过程

 

浆料储存时可考虑提高搅拌速度避免浆料粘稠;对于使用周转桶转移浆料的，尽可能缩短出料到涂布的时间，有条件的改用管道输送，改善浆料粘稠现象。

 

4.采用挤压涂布(喷涂)

 

挤压涂布可以改善刮刀涂布表面纹路、厚度不均等现象，但是设备价格较高，对浆料的稳定性要求较高。

 

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