正极浆料搅拌过程加料顺序是什么

匀浆工序是电极制备的“第一步”,其质量直接决定了后续涂布、辊压乃至最终电芯性能的优劣。

一、 锂电正极匀浆的典型加料顺序

正极匀浆(特别是基于PVDF粘结剂的油性体系)最经典、最常用的顺序是“干混-湿混”法,也称为“溶剂优先法”。投料顺序大多如下:

1. 步骤一:预分散粘结剂

➪将全部量的溶剂(通常是N-甲基吡咯烷酮,NMP)和全部量的粘结剂(通常是聚偏氟乙烯,PVDF)加入主搅拌缸中。

➪原因:让PVDF在NMP中充分溶解和溶胀,形成均一、粘稠的胶液。这个过程需要一定的时间和速度,确保没有未溶解的“鱼眼”或胶团。这是后续所有材料分散的“母液”,其均一性至关重要。

2. 步骤二:导电剂分散

➪在粘结剂胶液形成后,将全部量的导电剂(如SP, 炭黑, CNTs, 石墨烯等)缓慢加入。

➪原因:导电剂(尤其是纳米级炭黑)比表面积大、极易团聚。在粘稠的胶液中,高速剪切力可以更有效地打开这些团聚体,使其被胶液包裹并分散开来,形成初步的导电网络。这一步通常需要高转速和长时间的强力搅拌。

3. 步骤三:加入活性物质

➪将全部量的正极活性物质(如NCM, LFP, LCO等)分批次或缓慢匀速地加入上述分散好的导电胶液中。➪原因:

①粘度控制:活性物质是浆料中的“骨料”,占比最大。一次性加入会使浆料粘度过快增大,可能导致搅拌机过载或分散不均。分批加入可以平稳过渡粘度变化。

②避免颗粒破碎:活性物质是微米级颗粒,相对坚固。如果过早加入,与坚硬的导电剂团聚体一起长时间高剪切搅拌,可能导致活性物质颗粒被破碎,产生细粉,影响性能。

③包覆效果:此时,已经被分散开的导电剂和粘结剂可以更好地包裹在活性物质颗粒表面,形成理想的“点-线-面”导电接触和牢固的粘结。总结顺序: 溶剂 → 粘结剂 → 导电剂 → 正极活性物质

二、总结

  1. 添加顺序:遵循 “溶剂 → 粘结剂 → 导电剂 → 活性物质” 的基本原则,并根据具体材料和设备进行参数优化。
  2. 预分散:对导电剂进行预分散是提升浆料质量、保证电芯高性能和高一致性的关键工艺。它解决了导电剂难以分散的核心矛盾。
  3. 核心影响:匀浆的终极目标是获得成分高度均一、稳定性好、具有理想流变特性的浆料。任何偏离这一目标的偏差都会在电极微观结构中留下缺陷,并最终放大为电芯倍率性能、循环寿命、安全性和一致性的下降。

因此,在现代锂离子电池制造中,匀浆工序绝不仅仅是简单的“混合”,而是一个涉及胶体化学、流变学、颗粒技术的精密过程,需要被极其严肃地对待。