锂电池搅拌原理及工艺流程

• 下面的搅拌实验结果说明， FSNC比A2制成的浆料更容易 过滤。而2200比WSC更利于 过滤。
石墨
A2 A2
A2 FSN
C FSN
C
WS C
1.0% 0.4%
0
1.0%
0
2200
0 0.6% 1.0%
0
1.0%
粘度 (mPa.s)
350 1820 2100
899
5869
过滤性 能
100目NG 175目NG 175目OK
常规搅拌
将石墨和所有溶液一起混合分散。
对设备要求低，搅拌量大，固 含量容易提高。
搅拌效率低，分散效果差。
2
DIW捏合
将前面粉末物料与DIW混合并高 增加DIW对颗粒的润湿，改善 对设备要求高，浆料整体固含
固含量搅拌。
分散效果。
量偏低。
CMC捏合
将前面粉末物料与CMC溶液混 合并高固含量搅拌。
对颗粒润湿更好，极大增强颗 对设备要求高。高固含量搅拌 粒的分散效果，效率更高。 电池容量低。
石墨
SP
DIW
CMC溶液 CMC溶液源自SBR干混 水捏合 搅拌 搅拌 结束
2020/7/19
搅拌更简单、高效，极片电阻低。但需要控制搅拌参 数，防止粉料飞散
改善润湿，控制固含量使浆料呈“揉面团”效果，设 备限制固含量<63%
浆料固含量比CMC捏合更低
• 优点：对石墨润湿好，搅拌 效率高。
• 缺点：设备负载大，固含量 有限制，高固含量+干混导 致电池容量低。
– 润湿—液体溶剂取代气体占据待分散颗粒的表面。 – 分散—通过搅拌设备的机械作用将待分散颗粒打散。 – 稳定—通过分散剂的作用，使已分散的颗粒不再团聚到一起。
• 搅拌效果的衡量标准是什么？
– 颗粒度—颗粒大小是否发生变化？颗粒是否被打碎？ – 稳定性—沉降速度多快？ – 过滤性—可流畅过滤的滤网目数？ – 均匀性—导电炭与binder是否均匀地分布在活性物颗粒的周围？ – 适涂性—涂布的粘度窗口？是否有拖尾、条痕、麻点、凹坑、脱碳等弊病？
浆料搅拌原理及工艺流程
2020/7/19
一、搅拌工序
2020/7/19
搅拌工序基本概念
• 搅拌的定义是什么？
– 搅拌是将活性物质、导电炭黑、分散剂、粘结剂、添加剂等组分按照一定 的比例和顺序加入到搅拌机中，在搅拌桨和分散盘的翻动、揉捏、剪切等 机械作用下混合在一起，形成均匀稳定的固液悬浮体系。
• 搅拌的要素是什么？
175目OK
SBR搅拌 3
SBR预混
2020/7/19
最后加SBR并分散。
正常工艺。
SBR上浮。
先把SBR混合在CMC溶液中， 最后将前面所有物料加入一起搅 拌。
粘结力提高，极片电阻减小。
增加预溶步骤，
常规搅拌工艺
SP
CMC溶液
DIW
CMC溶液
石墨
SBR
预分散 搅拌
SP分散形成悬浮液，控制颗粒度D50(一般<5µm)
阳极搅拌—原料特性
Graphite
FSNC A2
N1 MagE
Particle Size / D50 (µm)
Tap Density (g/cm3)
BET (m2/g)
Specific Capacity (mAh/g)
14.9 1.10 1.38 344.5
20.1 0.80 3.20 354.2
2020/7/19
不同CMC的粘度曲线
CMC种 类
WSC CK2000 3H CK30000 2200 BSH12
1%CMC溶液剪 切速率2.5s-1时
粘度 （mPa·s）
279
235
608
3704
2614
14971
阳极搅拌方法类别
Step
1
类别
干混
SP预分散 CMC粉末干 混
定义
优点
缺点
将石墨与SP干粉末混合搅拌。
相比SP预分散简捷，SP对 CMC的“消耗”少，极片电 阻低。
SP分散效果相比SP预分散略 差。会影响电池性能。
将SP加入CMC溶液中搅拌分散。
SP分散更均匀，一致性更好。
极片电阻大，SP“消耗”更多 CMC。
将石墨、SP和CMC粉末混合搅 拌。
取消CMC预溶解步骤。
浆料粘度低，电池Rct较大，轻 微析锂。
2020/7/19
搅拌工序基本概念
2020/7/19
搅拌工序的控制点
• 输入要点
– 公转转速 – 自转转速 – 温度 – 时间 – 搅拌方法 – 配方 – 固含量
• 输出要点
– 粘度 – 颗粒度 – 稳定性 – 过滤性 2020/7–/19 流变特性
传统控制要点 新增控制要点
传统控制要点 新增控制要点
取消预溶解搅拌工艺
石墨
SP
CMC粉末
DI水
SBR
干混 搅拌
搅拌更简单、高效，极片电阻低。但需要控制搅拌参 数，防止粉料飞散
搅拌
结束
• 优点：搅拌效率高
2020/7/19
阳极配方对浆料过滤的影响
搅拌工 艺
CMC捏合 CMC捏合 CMC捏合
水捏合 水捏合
WS C
1.0% 1.4% 1.8%
0 0
2200
0 0 0 1.0% 1.4%
粘度 (mPa.s)
350 890 1410 2200 4150
过滤性 能
100目NG 100目OK 150目OK 150目NG 175目OK
• 上面的A2石墨搅拌实验结果说明， CMC含量越高，相同搅拌工艺 条件下，浆料粘度更高，同时过 滤性能更好。
2020/7/19
搅拌 搅拌 结束
2020/7/19
时间过长，粘度偏低；时间过短，分散效果差；使用 150目金属网测试浆料能否过滤
浆料固含量40～50%，不受设备限制
• 优点：对设备要求不高；工 艺简单；容易提高固含量。
• 缺点：效率低；颗粒容易团 聚导致过滤堵网、划痕、冷 压脱碳。
CMC捏合搅拌工艺
SP
CMC溶液
16.1 1.00 3.02 363.4
21.2 0.80 3.59 362.3
• AS1 CAG-3
17.5 10.3
1.10 1.10
•
2.21 1.83
359.8 332.9
阳极（水性）搅拌最核心 的问题是石墨和水因为极 性不相似而难以润湿。
石墨的特性作用于CMC， 也会影响浆料加工性能。
• CMC在阳极 中起到的作用 是分散剂、增 稠剂、粘结剂。 CMC含量、 种类严重影响 浆料加工性能。
石墨
DIW
CMC溶液
SBR
预分散
CMC捏合
改善润湿，控制固含量使浆料呈“揉面团”效果，设 备限制固含量<63%，CMC种类也有限制
搅拌 搅拌 结束
2020/7/19
浆料固含量不宜超过52%
• 优点：对石墨润湿好，搅拌 效率高。
• 缺点：设备负载大，固含量 有限制，高固含量+干混导 致电池容量低。
水捏合搅拌工艺