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作者:江滬 來(lái)源:原創(chuàng) 發(fā)布時(shí)間:2016-10-09 15:59:13
目前傳統(tǒng)的鋰電池正極漿料的制備都是在雙行星分散設(shè)備中完成的。盡管目前在小型電池生產(chǎn)技術(shù)上已日趨成熟,但目前鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中,電池的一致性控制仍然是鋰離子電池制作的技術(shù)難點(diǎn),尤其是對(duì)于大容量、大功率的動(dòng)力型鋰離子電池。另外,隨著鋰離子電池材料的不斷進(jìn)步,原材料顆粒粒徑越來(lái)越小,這不僅提高了鋰離子電池性能,也非常容易形成二級(jí)團(tuán)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(guò)程中,對(duì)電池電極結(jié)構(gòu)的控制是關(guān)鍵,盡管很多鋰離子生產(chǎn)廠家對(duì)此未引起重視,采用不同結(jié)構(gòu)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。
如何控制其電極片內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu),是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。所以在制備電極片過(guò)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。
新一代攪拌工藝
鋰離子電池漿料的混合分散過(guò)程可以分為宏觀混合過(guò)程和微觀分散過(guò)程,這兩個(gè)過(guò)程始終都會(huì)伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個(gè)過(guò)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,第一類是對(duì)葉輪附近產(chǎn)生的剪切作用;第二類則是通過(guò)葉輪泵出的流量產(chǎn)生循環(huán)作用。漿體的進(jìn)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(yuǎn)的區(qū)域,總會(huì)存在一層漿料始終停滯不動(dòng),這個(gè)區(qū)域也就是人們常說(shuō)的“死區(qū)”,分散設(shè)備的工作區(qū)域越大,而且漿料黏度越高,“死區(qū)”的問(wèn)題就越突出,就算采用不同的葉輪和結(jié)構(gòu),死區(qū)仍然難以避免,因此在鋰離子電池漿料的制備過(guò)程中,所制得的漿料產(chǎn)品就會(huì)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(wèn)題。漿體的流變性十分復(fù)雜.一種漿體在低濃度時(shí)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(tuán)后,可能表現(xiàn)為賓漢流體;更高的濃度下又可能會(huì)出現(xiàn)脹塑性流體。
對(duì)同—種漿料,在剪切率不太高時(shí),不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象,剪切率高時(shí)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?yàn)樵诘图羟兴俾氏?,分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì),體現(xiàn)不出剪切速率對(duì)其中物料重新排列使表觀粘度的變化,當(dāng)剪切速率增高到一定限度后,剪切定向達(dá)到了最佳程度,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(jié)構(gòu)變化的影響。
在超剪切分散設(shè)備中,作用于液體的能量一般相當(dāng)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(qiáng)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(xué)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闹苯釉蚴鞘艿郊羟辛蛪毫Φ墓餐饔谩R鸺羟辛蛪毫ψ饔玫木唧w流體力學(xué)效應(yīng)主要有三種,它們分別是層流效應(yīng)、湍流效應(yīng)和空穴效應(yīng)。層流效應(yīng)的作用是引起固體分散相顆粒或液滴的剪切和拉長(zhǎng),湍流效應(yīng)的作用是在壓力波動(dòng)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(yīng)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(dòng)。
綜上所述,超剪切分散設(shè)備內(nèi)物料的分散機(jī)理比較復(fù)雜,主要是以剪切作用起主導(dǎo)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(fù)的壓縮效應(yīng),同時(shí)又受到超剪切分散設(shè)備內(nèi)窄小間隙內(nèi)的剪切力和回旋剪切力的強(qiáng)烈作用,如此綜合反復(fù)的作用,被處理的漿料產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散和粉碎作用,最終達(dá)到快速超細(xì)分散的目的。