高剪切分散設備在鋰離子電池漿料的制備過程中的關鍵性

     高剪切分散設備在鋰離子電池漿料的制備過程中的關鍵性

現(xiàn)行的鋰離子電池漿料的制備都是在雙行星分散設備中完成的。盡管目前在小型電池生產(chǎn)技術上已日趨成熟，但目前鋰離子電池的生產(chǎn)過程中，電池的一致性控制仍然是鋰離子電池制作的技術難點，尤其是對于大容量、大功率的動力型鋰離子電池。另外，隨著鋰離子電池材料的不斷進步，原材料顆粒粒徑越來越小，這不僅提高了鋰離子電池性能，也非常容易形成二級團聚體，從而增加了混合分散工藝的難度。在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，對電池電極結構的控制是關鍵，盡管很多鋰離子生產(chǎn)廠家對此未引起重視，采用不同結構的電極片生產(chǎn)的電池的自放電率、循環(huán)性、容量、一致性等都不同。

在正、負極漿料中，顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運動，因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關重要，漿料分散質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。

在傳統(tǒng)工藝上再進行超細分散，這是因為：通過傳統(tǒng)混合與攪拌設備，只能夠?qū)⑷芤褐械拇蠓蹐F打散，并均勻分布；但是，粉體形態(tài)是以微細粉團形態(tài)存于溶液之中，僅滿足了宏觀分散的加工要求。

經(jīng)過宏觀攪拌與分散后的漿料，在超細分散均質(zhì)設備的強烈機械切割力作用下，能夠?qū)⑷芤褐械奈⒓毞蹐F或固體顆粒團聚體進一步打散和均質(zhì)，得到足夠細小的固體顆粒，并均勻分布于溶液中，達到微觀超細分散均質(zhì)的作用，可顯著提高漿料綜合性能。

如何控制其電極片內(nèi)部的微觀結構，是鋰離子電池生產(chǎn)過程的關鍵技術。所以在制備電極片過程中，必須控制好鋰離子電池漿料的混合分散質(zhì)量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩(wěn)定性。

鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個過程。而根據(jù)傳統(tǒng)工藝中的葉輪剪切——循環(huán)特性，可以把葉輪的作用分為兩大類，*類是對葉輪附近產(chǎn)生的剪切作用；第二類則是通過葉輪泵出的流量產(chǎn)生循環(huán)作用。漿體的進一步分散作用主要依靠葉輪的剪切作用，而葉輪的流量決定了葉輪的分散的能力。而在離葉輪端部較遠的區(qū)域，總會存在一層漿料始終停滯不動，這個區(qū)域也就是人們常說的“死區(qū)”，分散設備的工作區(qū)域越大，而且漿料黏度越高，“死區(qū)”的問題就越突出，就算采用不同的葉輪和結構，死區(qū)仍然難以避免，因此在鋰離子電池漿料的制備過程中，所制得的漿料產(chǎn)品就會出現(xiàn)混合分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問題。漿體的流變性十分復雜．一種漿體在低濃度時可能表現(xiàn)為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產(chǎn)生絮團后，可能表現(xiàn)為賓漢流體；更高的濃度下又可能會出現(xiàn)脹塑性流體。

對同—種漿料，在剪切率不太高時，不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象，剪切率高時又可能轉(zhuǎn)化為脹塑性流體。有些非牛頓流體在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈現(xiàn)牛頓流體形象，這可能是因為在低剪切速率下，分子的無規(guī)則熱運動占優(yōu)勢，體現(xiàn)不出剪切速率對其中物料重新排列使表觀粘度的變化，當剪切速率增高到一定限度后，剪切定向達到了*佳程度，因而也使表觀粘度不隨剪切速率而變。如前所述，許多非牛頓體其流變特性受到體系中結構變化的影響。

在超剪切分散設備中，作用于液體的能量一般相當集中，這樣可以使液體收到高能量密度的作用。引入能量的類型和強度必須足以使分散相顆粒有效地均勻分散。分散均勻的本質(zhì)是使物料中分散相（固體顆粒、液滴等）受流體力學上的剪切作用和壓力作用破碎并分散。

液體物料分散系中固體分散相顆�；蛞旱纹扑榉稚⒌闹苯釉�因是受到剪切力和壓力的共同作用。引起剪切力和壓力作用的具體流體力學效應主要有三種，它們分別是層流效應、湍流效應和空穴效應。層流效應的作用是引起固體分散相顆粒或液滴的剪切和拉長，湍流效應的作用是在壓力波動作用下引起固體分散相顆粒或液滴的隨意變形，而空穴效應的作用則是使形成的小氣泡瞬間破滅產(chǎn)生沖擊波，而引起劇烈攪動。

上海依肯的高剪切分散設備特別適合于需要研磨分散均質(zhì)一步到位的物料。研磨分散機為立式分體結構，精密的零部件配合運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機械密封，并通冷媒對密封部分進行冷卻，把泄露概率降到低，保證機器連續(xù)24小時不停機運行。

 鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個過程。把雙行星分散設備作為宏觀混合單元溶入到鋰離子電池漿料快速分散系統(tǒng)之中，把超剪切分散裝置作為微觀分散控制單元，這將會大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。

 3.1高剪切分散機理

在高剪切分散設備中，作用于液體的能量一般相當集中，這樣可以使液體收到高能量密度的作用。引入能量的類型和強度必須足以使分散相顆粒有效地均勻分散。分散均勻的本質(zhì)是使物料中分散相（固體顆粒、液滴等）受流體力學上的剪切作用和壓力作用破碎并分散。

液體物料分散系中固體分散相顆�；蛞旱纹扑榉稚⒌闹苯釉�因是受到剪切力和壓力的共同作用。引起剪切力和壓力作用的具體流體力學效應主要有三種，它們分別是層流效應、湍流效應和空穴效應。層流效應的作用是引起固體分散相顆粒或液滴的剪切和拉長，湍流效應的作用是在壓力波動作用下引起固體分散相顆粒或液滴的隨意變形，而空穴效應的作用則是使形成的小氣泡瞬間破滅產(chǎn)生沖擊波，而引起劇烈攪動。綜上所述，超剪切分散設備內(nèi)物料的分散機理比較復雜，主要是以剪切作用起主導作用，而以其他作用為輔。漿體物料在高頻壓力波的作用下產(chǎn)生反復的壓縮效應，同時又受到超剪切分散設備內(nèi)窄小間隙內(nèi)的剪切力和回旋剪切力的強烈作用，如此綜合反復的作用，被處理的漿料產(chǎn)生強烈的分散和粉碎作用，*終達到快速超細分散的目的。

3.2高剪切設備用于鋰電漿料的分散

高剪切設備可用于電芯正極或負極，油性或水性漿料的分散乳化（油性漿料的粘結劑為PVDF溶劑為NMP，水性漿料的粘結劑為SBR+CMC溶劑為水，有時水性負極漿料也會添加少量NMP是為了增加SBR,CMC,水,石墨之間的相容性,對改善粘輥是非常有效的,許多電池發(fā)生輥壓粘輥時都是采用加NMP的方法,一般占固體的5%,或漿料總重量的2%左右）

綜上所述，超剪切分散設備內(nèi)物料的分散機理比較復雜，主要是以剪切作用起主導作用，而以其他作用為輔。漿體物料在高頻壓力波的作用下產(chǎn)生反復的壓縮效應，同時又受到超剪切分散設備內(nèi)窄小間隙內(nèi)的剪切力和回旋剪切力的強烈作用，如此綜合反復的作用，被處理的漿料產(chǎn)生強烈的分散和粉碎作用，*終達到快速超細分散的目的。