詳解電極漿料制備過程中物料顆粒狀態(tài)變化

鋰電池極片厚度一般為40-200μm左右，其中極片厚度根據(jù)電池種類（高能量、高功率等）的不同而變化。如果想要鋰電池具有好的電化學性能，極片必須要前中后厚度一致，且表面平滑，沒有缺陷。在排除涂布工藝的條件下，漿料制備是決定其質量好壞的關鍵程序。

好的鋰電池漿料粘度穩(wěn)定不易發(fā)生變化，顆粒粒徑小，涂布干燥后無明顯顆粒感，無氣泡等異物。那么，漿料制備過程中，需要注意的主要有兩方面：一方面是將最初的物料分散均勻；另一方面是阻止原材料之間相互作用而引起的二次團聚。所以，攪拌過程的目的就是要把原始狀態(tài)的物料分散、混合均勻，同時也要防止顆粒間再次團聚。

鋰電池極片分為正極極片、負極極片，兩種極片所用活物質、導電劑、粘結劑、溶劑等隨電池體系不同而不同。將這樣一個復雜的多相體系混合成均一性良好的懸浮漿料需要較多的實操經驗和理論基礎。

物料的粒徑越小，形狀越怪就越難以分散，特別是導電劑炭黑，經常在攪拌過程中二次團聚成大塊，不僅沒有起到良好的導電作用，還會影響電池的比能量。炭黑不僅可以用于鋰電池還可用于塑料、高分子等行業(yè)，所以關于炭黑的分散研究很多。根據(jù)目前的研究報告，團聚物的分散可以有以下幾種方式：

左邊第一種分散情況（erosion）發(fā)生在較弱機械力作用下，此時物料隨著機械力發(fā)生流動，形成大小不一的顆粒團聚體。在此過程中，小碎片的物料逐漸從大團聚物上剝離下來，形成了二次顆粒。

當外在機械力超過一定的臨界值時，顆粒的破碎（rupture）就會突然發(fā)生，如上圖中間所示。如果機械能量高達一定程度，和時間的延長，顆粒間會發(fā)生繼續(xù)破碎，不過這種現(xiàn)象出現(xiàn)概率較低。

在鋰電池漿料制備過程中，材料間的接觸形式可能有上圖中所示三種狀態(tài)。首先炭黑的結構不容易被改變，且其分布比較均勻，以structure1存在。隨著機械攪拌的進行，導電劑的解聚和分散會同時發(fā)生，最后導電劑完全包覆在活物質表面。 從原材料顆粒間單獨存在到變成混合均勻的物質是一個很重要的過程。整個過程可以分為固體粉末態(tài)（I）、混合潤濕態(tài)（II）以及最后形成的懸浮態(tài)（III）。其過程控制如下圖所示。

在此過程中每一階段的特征、優(yōu)勢及劣勢如下表所示：

在干混階段，設備的輸入能量大小、機械力大小以及活物質的顆粒大小都影響著導電劑的分散。此外，物料的團聚受空氣濕度影響很大。

潤濕狀態(tài)是由固體粉末中第一次加入溶劑開始的，潤濕程度取決于粉料對液體的飽和程度以及粘附和應力狀態(tài)。在此過程中，不斷發(fā)生著分散和團聚，同時改變著混合料的混合狀態(tài)。

當凝膠點或完全飽和狀態(tài)達到之后，不再有大的力量輸入同時顆粒間的相互作用力也降低了，隨后就可以稀釋將其降到想要達到的固含量。在稀釋懸浮液階段，涉及到了漿料的流體力學和剪切力，流體流動條件下，攪拌機對顆粒施加的剪切力促使物料處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

不同的加工控制過程對物質原材料施加的力不同，會造成顆粒的分散均勻程度，尤其是對于炭黑導電劑來說，變化的應力強度對極片的電子傳導率、電池容量、電流密度均勻很大影響，故了解漿料制備過程中的物料混合階段的狀態(tài)是非常必要的。

編輯：jq