锂电电极浆料混合工序

电极浆料混合设备在锂电生产中起着至关重要的作用。其工作原理涉及多个复杂而微妙的环节。

机械搅拌原理

搅拌设备主要通过搅拌叶片和旋转架的相互旋转来实现物料的搅拌。在此过程中，搅拌叶片高速旋转，就像一只强壮的手臂，将物料剧烈搅拌。旋转架承载搅拌叶片绕容器中心做圆周运动，进一步扩大搅拌范围，使物料在不同位置得以充分搅拌。
在机械搅拌的作用下，在容器中产生并维持悬浮液状态，使可能沉淀或结块的固体颗粒均匀地悬浮在液体介质中。这一过程大大增强了液相和固相之间的传质，使各个组分能够充分接触和混合，从而为后续的电池制造过程奠定了良好的基础。例如，在制作正极浆料时，活性物质、导电剂等固体颗粒在搅拌设备的作用下可以均匀地分散在溶剂中，保证后续涂布等工序的顺利进行。

浆料的润湿性、分散性和稳定性

润湿

润湿是搅拌过程的重要基础，是指液体与固体接触时，沿固体表面膨胀并取代气体占据固体表面的现象。在锂离子电池浆料的搅拌中，常用的溶剂如NMP、去离子水等需要润湿正负极活性材料和导电剂颗粒等固体。当溶剂能自发润湿固体颗粒，如NMP和三元正极，NMP可以迅速去除正极颗粒表面的气体，形成固液界面，使颗粒相互隔离，有利于后续分散。

分散

分散的目的是将团聚的颗粒打碎并均匀分布在溶剂中。搅拌设备通过剪切力、摩擦力等强大的机械作用力，粉碎活性物质和导电剂的团块，细化搅拌物质的尺寸。同时，使活性物质、导电剂和粘结剂的排列更加均匀，保证浆料在微观层次上均匀分散。例如，通过搅拌设备的高速运行，将原本聚集在一起的导电炭黑颗粒被破碎并均匀分布在浆料中，从而提高浆料的导电性。

稳定性

稳定性是保证浆料的颗粒在储存和使用过程中不会重新结块或沉降，保持均匀的分散状态。这需要适当的配方设计和搅拌过程，例如添加适当的稳定剂和控制浆料的粘度。稳定的浆料对于后续的涂布、辊压等工艺至关重要，可以保证极片的一致性和电池性能的稳定性。

浆料混合过程大致分为以下几个阶段

1.准备原料和配料（配料阶段）

操作人员需要精确准备正极材料、负极材料、电解液等各种原材料，现阶段基本都是自动化，但需要手动操作发出指令，将原料袋吊到进料站，并利用重力或气动传动将其送到主仓。

生产设计已经敲定了配方。比如，如果主材或辅料的添加量多或少，虽然看起来差别不大，但在后续的电池性能测试中，会发现电池的循环寿命也大大缩短。这充分说明了准确准备原材料和严格控制配料比例的重要性。

2、进料过程控制（进料阶段）

进料过程控制是确保物料混合均匀的关键步骤。添加物料的顺序和速度对混合效果有重大影响。在实际操作中，通常先将一些不易溶解或分散的固体原料，如活性物质、导电剂等添加到搅拌设备中，然后再加入溶剂、粘结剂等液体成分。正确的加料顺序可以有效提高物料的混合效果。

进料速度也需要严格控制。如果进料速度过快，一些物料可能会局部堆积，无法及时与其他物料充分混合，从而影响整体搅拌质量。相反，如果进料速度太慢，则会延长生产周期，降低生产效率。因此，需要根据搅拌设备的性能和物料的特性，合理调整进料速度，确保物料能够均匀、稳定地添加到搅拌设备中。

混合和搅拌（固液混合阶段）

1、启动和搅拌时间

添加完成后，即可启动搅拌设备。搅拌设备的启动过程需要平稳，避免突然启动产生的冲击力对设备造成损坏。搅拌时间的控制至关重要，这直接影响物料的混合程度。不同的电池材料和工艺要求需要不同的搅拌时间。一般来说，搅拌时间在几十分钟到几个小时之间。例如，对于一些高性能锂离子电池，正极浆料的搅拌时间可能需要达到2-3小时，以确保活性物质、导电剂和粘结剂充分混合，形成均匀稳定的浆料体系。如果搅拌时间过短，物料可能无法充分混合，导致浆料中颗粒结块或成分分布不均匀，从而影响极片后续的涂层质量和电池的性能一致性。相反，如果搅拌时间过长，不仅会增加能耗和生产成本，还会导致浆料中某些成分的降解或结构损坏，也会对电池性能产生不利影响。

2、搅拌速度控制

搅拌速度也是混合搅拌的关键因素。如果搅拌速度过快，可能会产生过大的剪切力，导致一些敏感材料的结构被破坏。例如，一些聚合物粘合剂的分子链可能会被中断，从而影响浆料的粘合性能。如果搅拌速度太慢，则无法提供足够的能量来充分分散和混合物料。通常，搅拌设备会设置不同的搅拌速度档位，操作人员需要根据物料的特性和搅拌阶段及时调整搅拌速度。在搅拌初期，为了使物料初步混合均匀，可采用较低的搅拌速度;随着搅拌的进行，为了进一步细化颗粒，提高分散效果，可以逐渐提高搅拌速度。例如，在配制负极浆料时，开始时以较低的速度搅拌15-20分钟，使各种原料初步混合，然后将搅拌速度提高到适当的水平，继续搅拌1-2小时，以达到良好的分散效果。

3.注意事项

在搅拌过程中，还需要密切关注设备的运行状态和浆料的变化。操作人员应定期检查搅拌设备的温度、压力等参数，确保设备的正常运行。同时，注意搅拌料的外观、粘度等指标，以确定其是否达到了预期的搅拌效果。如果发现搅拌液出现异常，如颜色不均匀、粘度异常等，应及时停止搅拌，分析原因并采取相应的解决方案。此外，搅拌设备的清洁和维护也不容忽视。每次搅拌作完成后，应及时清理设备内部的残浆，防止残留物料影响下一次搅拌的质量。同时，应根据需要对设备进行检查和维护，以确保设备的长期稳定运行。

影响浆料关键控制点（粘度、细度、固体含量）的混合参数

❶搅拌速度：搅拌速度是影响搅拌效果的关键因素之一。在搅拌初期，较低的搅拌速度有助于将各种原料混合均匀，避免某些物料因速度过快而飞溅或结块。随着搅拌的进行，逐渐提高搅拌速度可以提供更大的剪切力和摩擦力，进一步分散和细化物料，提高混合的均匀性。然而，如果搅拌速度过快，也存在风险，可能会产生过大的剪切力，破坏一些敏感材料的结构。例如，聚合物粘合剂的分子链可能会中断，影响浆料的粘合性能，可能导致后续电极涂层脱落或掉粉等不良。因此，需要根据物料的特性和搅拌阶段合理调整搅拌速度，以达到最佳的搅拌效果。
❷温度：温度对搅拌性能有显著影响。一方面，适当提高温度可以降低浆料的粘度，提高其流动性，使物料更容易混合均匀。在某些情况下，温度升高还可以加速某些化学反应，促进粘合剂的溶解和分散。另一方面，温度过高可能会导致溶剂蒸发过快，影响浆料的固含量和性能稳定性。有些物料在高温下可能会分解或变质，因此混合过程中的温度需要通过温控系统进行精确控制，以确保其在适当的范围内。
❸真空度：在搅拌过程中，控制真空度可以有效去除浆料中的气体。气体的存在会在浆料中形成气泡，不仅会影响浆料的均匀性，还会在后续的涂布过程中造成针孔、空隙等缺陷，降低电池的性能和安全性。通过提高真空度，可以更容易地将浆料中的气体逸出，减少气泡的产生，提高浆料的质量。在实际操作中，需要根据搅拌设备的性能和浆料的特性合理设置真空度，并在搅拌过程中保持真空度稳定。