锂离子电池的匀浆基本原理2014.3by-deepblue

Page2目录单击此处添加段落文字内容理论+实践单击此处添加段落文字内容2012~2013于PBI交接锂离子电池生产工艺流程图1Page3涂布完成，即制作电池的极片已经成型，它的质量水平决定了电池的性能。锂离子电池生产工艺流程图2Page4锂离子电池生产工艺流程图3Page5Page6正极浆料基本成分一种各向同性的类球形人造石墨，D503.4μm左右，D906.5μm非极性物质，不规则形状，含水量≤0.2%D50一般为6～8μm，pH10～11非极性物质，葡萄链状物，含水量3～6%，吸油值约300，粒径一般2～5μm；通常中性，是由直径为40nm左右的原生粒子团聚成150-200nm的原生聚集体，再通过软团聚和人工压缩等后续加工成型弱极性液体，用于溶解/溶胀PVDF，同时作溶剂稀释浆料;类似溶剂：丙酮、DMAC、DMF等非极性物质，链状物，分子量30万～300万不等；吸水后分子量下降，黏性变差其他：水性PVDF、LA133Page7负极浆料基本成分弱极性分子非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后容易重新团聚。D5020μm左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。非极性物质，葡萄链状物，含水量3～6%，吸油值约300，粒径一般2～5μm；通常中性是由直径为40nm左右的原生粒子团聚成150-200nm的原生聚集体，再通过软团聚和人工压缩等后续加工成型，CMC是天然纤维经过化学改性后所获得的一种水溶性好的聚阴离子纤维素化合物，具有增稠、分散、悬浮、粘合、成膜、保护胶体和保护水分等优良性能，中性小分子线性链状乳液，易溶于水和极性溶剂。Page8二、制浆基础理论——分散过程的物理化学粉料的侵入与润湿分散体-胶体稳定性空间（或聚合物）稳定作用空缺絮凝和空缺稳定作用吸附沉降和絮凝①粉料的侵入与润湿（结合分散剂理解）Page9①固体粉末在空气中，随时间的推移会吸附部分空气在固体表面上，液体黏结剂加入后，如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体；如果固体与液体的吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体排出。②正极材料中所有组分均能被黏结剂溶液浸湿，分散相对容易。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度；材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。③石墨与水性黏结剂溶液极性不同，不易分散；可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与黏结剂溶液混合；分散过程为减少极性物与非极性物间的距离，提高它们的势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降，可适当提高温度，促进吸热反应并提高流动性，降低分散难度。Page10接触润湿角θ≤90°，固体浸湿；接触润湿角θ＞90°，固体不浸湿。①粉料的侵入与润湿表面张力测量：白金板法表面张力仪、最大气泡法表面张力仪箔材：达因测试笔、表面张力测试液表面张力：是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。“出淤泥而不染”——“荷叶效应”Page11“荷叶效应”的机理首先是荷叶的特征。物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力；而不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下，就会产生“浸润现象”；反之，则会出现“不浸润现象”。荷叶不透水，正是由于荷叶的叶面上有许多的密密麻麻的纤细茸毛，它们每根都很细而又含有蜡质，一种是微米级的凸起，一种是纳米级的毛状结构。含有两种结构的荷叶的接触角为142度，只含有微米结构的荷叶接触角为126度，单独只含蜡质表面的接触角为74度；就像你洗桃子时总是很难把桃子弄湿一样，除非你把桃子上的绒毛搓去。蜡的分子是中性的，它既不带正电，也不带负电，水滴落到含蜡的荷叶面上时，此时水的内聚力大于水对荷叶的附着力，水分子之间的凝聚力要比在不带电荷的蜡面上的附着力强。也就是说荷叶叶面都具有极强的疏水性，纳米级的毛状结构使接触角增加16度，荷叶接触角接近170度，所以，水落到蜡面上不是滚掉，就是要聚集起来，而不会湿润整个蜡面。接着是表面张力的作用。物理学告诉我们：水的内聚力作用在水表面形成表面张力。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。随后就是数学的“体积为定值时表面积最小的几何体是球体”的命题：数学告诉我们，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。因此，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的荷叶上的水滴按近球形的原因。而体积较大且质量较大的水会因为重力、尘埃、油污等的作用，它不一定是正球体而成各类扁状的台体状，然而各种形状不一，但其表面一定都收缩为上小、下大、且有有光滑边缘的台体。Page12胶体颗粒通过电荷而得到稳定的理论已出现多年，在所谓DLVO理论中达到顶点。②分散体——胶体稳定性要得到“胶态分散体”，必须设法克服无处不在的引力能。必须在颗粒之间产生某种排斥能，使排斥能和引力能相加结果为明显的净排斥能。为了产生稳定的胶态分散系，必须引进一种颗粒间的排斥能，使得在颗粒间距（所需要的颗粒浓度，即PVC）内有足够的净能量来防止絮凝。Zeta电位是指剪切面的电位。在零Zeta电位点（即IEP）时，粒子表面不带电荷，颗粒间的吸引力大于双电层之间的排斥力，此时悬浮体的颗粒易发生凝聚或絮凝；当粒子表面电荷密度较高时，粒子有较高的Zeta电位，粒子表面的高电荷密度使粒子间产生较大的静电排斥力，结果悬浮体保持较高的分散稳定性。③空间稳定作用不论在水和非水（包括非极性）介质中都能使胶体颗粒稳定的另一因素，是现在被称作“空间”或“熵”的稳定作用。空间稳定作用的主要特点是：它不是有机化学中通常考虑的空间阻碍，即分子的构形阻止反应的进行，而是由于熵的损失导致能量的变化。空间稳定作用的最简单形式可以形象地表述为：由低聚物或聚合物的链形成的溶剂化层不可逆地附着在浓度均匀的颗粒表面上，产生一个厚度为δ的“溶剂化”保护套。如果两个这种颗粒靠近导致其溶剂化护套互相重叠，或者它们在重叠区的某一区段的密度重新分布，就会产生聚合物浓度的局部升高。这种聚合物浓度的局部升高导致系统中溶剂的渗透压的产生。因此，排斥能的产生源于非理想组分的稀释自由能。Page14④空缺絮凝和空缺稳定作用空间稳定作用源于聚合物被吸附到颗粒表面上。溶液中游离的聚合物对胶体稳定性的效应引起所谓“空缺絮凝”和“空缺稳定作用”。当胶体颗粒互相靠近到间距小于溶液中聚合物分子的直径时，聚合物分子这时就被排除颗粒之间的空间，那里只留下溶剂。在热力学中这是不利的，会使溶剂分子渗透到聚合物溶液中去，并使两个颗粒更为靠近，也就是发生絮凝。Page15二、分散的实践Page16理想的颜料：化学稳定性和在水中的低溶解度在所有波长有良好的光反射率，或者说良好的白度无杂质合适的粒子规格及分布高折射率很少的胶黏剂需要量水悬浮液有良好的流动性与水极易混合、分散很好的光泽性能与其他涂料组分良好的兼容性低密度非磨损性低吸水性廉价Page171、分散体的一般特性粉料黏结较紧集块和基本粒子结合不太紧的集群既不存在聚集团又不存在集块2、制浆分散的三个阶段Page18润湿粒子集群的破裂稳定化3、粒子集群的破裂Page19①如果在分散体介质中的黏度很高，可获得高剪切力。在分散中常犯的错误是使用浆料的黏度太低，浆料的浓度太低，不可能获得充分有效的剪切力。②浆料浓度一般以固含量表示，但是浆料分散得好不好，从固含量说明不了什么问题。只用固含量也很难对不同类的浆料分散体相互对比。进行对比的一个较好办法是使用相对沉降容积（RSV），它给出了一个在分散体中有多少空隙容积的概念。空隙容积太高，意味着分散体的粒子聚集成团，因而分散得很不好。Page22DMAC密度：0.9429(25℃)NMP密度：1.028(25℃)6.5Ah：转移罐D650mm×H450mm,正极料H240mm，负极H270mm总体积：正极79.6L，负极89.5L49.58kgDMAc-NMP=52.58L-48.23L=4.35L水=62.31kg=62.31L体积比：DMAC=（79.6-52.58）/79.6=33.94%NMP=（79.6-52.58）/（79.6-4.35）=35.91%水=（89.5-62.31）/89.5=30.36%4、浆料体积比在理论以及实践中完全可以用体积比来设计工艺，而且将会更有效。Page235、稳定化—只有使用分散剂才能获得稳定的分散状态粉料集群开始破裂时立即加入才能避免粒子的相互作用再聚集成团分散剂提前加入稳定化机理1静电稳定作用稳定化机理2位阻稳定作用反离子云的排斥力分散剂吸附在粒子表面，使获得了与分散剂有相同符号的高度固定电荷。使用阳离子分散剂时，在粒子周围的表面负电荷形成一层相反的正离子云。“电位阻稳定作用”静电稳定、位阻稳定共同作用不带电荷的聚合物链交错带聚合物的粒子彼此接近时，由于聚合物的交错，它们不能靠得太近，因而聚合物就对粒子的相互作用产生了位阻阻碍。静电稳定和位阻稳定作用Page24①愈接近表面，反离子固定得愈牢。在距离粒子较远的液相中正负离子处于平衡状态。②双离子层越厚，稳定性越好。③起静电稳定作用的分散剂，很好的例子是羧甲基纤维素（CMC）。起位阻稳定剂作用的分散剂也称为“保护性胶体”。这方面的粒子是淀粉和聚乙烯醇。血沉机理Page25羧甲基纤维素（CMC）多用途的共黏剂CMC控制浆料的流变性并给予涂布机良好的运行性能对涂料保水性通过选择最适宜的CMC品种，可使保水值满足于涂布条件和涂料配方相关的各种需求。对涂布性能在高涂布量时色调不匀和龟裂的倾向会增加，比起淀粉来CMC/乳胶配料可允许较低的总胶黏剂含量。这样可获得更疏松和柔性的结构，意味着减少色调不匀和龟裂的倾向。在高定量热固性胶印纸中，这也意味着降低鼓泡的倾向。对涂料流动性较低分子量、较低黏度型CMC接近牛顿型流体行为，而较高分子量、较高黏度型CMC则呈假塑行为。可根据涂布状况选择最佳CMC品种与用量。6、分散剂的使用一切颜料表面都吸附着杂质，如空气、水分和其他气体。为使颜料颗粒润湿，大多数情况下，必须用分散剂去取代这些杂质。所以，分散剂的润湿能力必须大到足以克服或者至少减小液体内部的内聚力和固-液界面的表面张力，使得分散剂的润湿基团能够附着在颜料的表面。大多数用于涂料制造的漆料都可以认为是分散剂，它们的润湿能力取决于相对分子质量的大小、分子结构和分子上的取代基，如羧基、羟基、氨基、酯基。因为液体分子和颜料分子所带电荷决定着润湿过程，所以在分散阶段各组分、树脂、溶剂以及固体颗粒的极性起着很重要的作用。极性取决于分子的形状，因而取决于分子的电荷分布和对称性。分散剂和漆料通过润湿基团被吸附到颜料表面，而非极性基团溶于液相而得到伸展，这种状态叫做“空间位阻稳定”。涂料工业中，人们使用种类繁多的润湿剂（表面活性剂）以减小固-液界面的表面张力，从而形成新的表面，使分散过程中对漆料的吸附变得更容易。Page277、合成共黏剂和增稠剂增稠剂的主要功能是将涂料黏度调节到规定水平以及给予必要的保水性。共粘剂主要用于将涂料黏度和保水性调节到所需水平，并根据特定涂布技术的需要，改变其流变学。Page28理想的胶黏剂：良好的黏结能力可以容易地与水混合或溶于水易于装卸与涂料其他组分有良好的兼容性对涂料黏度有较小或所希望的影响机械与化学耐久性能良好的光学性能无臭味且无害于健康不易起泡抗细菌低价、易获得8、浆料分散效果的评价分散性：绝对黏度=剪切力/剪切应变速率膜电导率/电阻率粒度：测量最