鋰電池濕法制漿工藝和干法制漿工藝的方法及優(yōu)缺點

電極漿料制備和極片涂布無疑是電極制造的最基礎(chǔ)內(nèi)容，最關(guān)鍵的工序，而電極漿料性質(zhì)又直接影響著涂布的效率、質(zhì)量。

鋰離子電池的生產(chǎn)中，電極制造、電芯裝配封裝、電池預(yù)充化成激活是三個主要的工作階段，也就是在鋰電人口中所說的前道工序、中道工序及后道工序。電極制造是生產(chǎn)鋰電池的血肉，電芯裝配封裝則是塑造鋰電池的骨架，鋰電池預(yù)充化成激活則是鑄其魂，三者是緊密相依且不可分割的整體，在鋰離子電池生產(chǎn)過程中都起著重要的作用。其中任何一個因素，例如原材料，電池設(shè)計，制造設(shè)備與工藝，環(huán)境等，略有缺陷都可能導(dǎo)致電池產(chǎn)品性能的不良。

在極片制造工藝階段，可細分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片干燥五道工藝。當(dāng)然，根據(jù)制造工藝的不同，每個公司廠家都會對其中的部分工藝順序進行變化或刪改。電極漿料制備和極片涂布無疑是電極制造的最基礎(chǔ)內(nèi)容，最關(guān)鍵的工序，而電極漿料性質(zhì)又直接影響著涂布的效率、質(zhì)量。

鋰電池漿料分為正負極漿料，兩種漿料所用活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑等隨電池體系不同而不同。正、負極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程，而且在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。無論采用水系體系還是油系體系，當(dāng)前鋰電廠家采用的攪拌工藝主要分為濕法工藝和干法工藝兩種。下面來對兩種攪拌工藝進行分析：

一、濕法制漿工藝

濕法制漿和干法制漿工藝的區(qū)別，主要體現(xiàn)在不同階段，漿料固含量的區(qū)別上。濕法制漿工藝特點是漿料成品前期固含量較低，而干法制漿則剛好相反。濕法制漿的主要流程是先將粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等物質(zhì)進行混合攪拌，隨后加入活物質(zhì)進行充分的攪拌分散，最后加入適量溶劑進行粘度的調(diào)整，以適合涂布。粘結(jié)劑的狀態(tài)主要有粉末狀和膠狀，有的公司會采用先打成膠液，這樣便于粘結(jié)劑的作用發(fā)揮，有的公司則直接采用粉末的粘結(jié)劑。正負極的粘結(jié)劑狀態(tài)選擇也得根據(jù)情況而定，例如對于常用的正極粘結(jié)劑PVDF來說，較高的分子量則不推薦直接使用粉體，而應(yīng)該先制成膠液再進行漿料制備。PVDF的溶解在常溫常壓下至少需要2-3小時才能完全溶解，否則漿料粘度會出現(xiàn)較大跳動，對于涂布中面密度的變化也是極大的影響。

濕法制漿工藝在國內(nèi)鋰電池廠家中采用比較廣泛，在濕法混料工藝中，一般選擇雙行星真空攪拌機作為主流鋰電池漿料攪拌設(shè)備。濕法制漿工藝的特點是，先制備好分散均勻的導(dǎo)電膠，再進行活物質(zhì)與導(dǎo)電膠的混合分散，此工藝所耗時間較短、工藝較為簡單，漿料流動性好且氣泡較少。攪拌時間少，有利于生產(chǎn)效率的提高。該工藝的適應(yīng)性較強，在活物質(zhì)、導(dǎo)電劑等存在較小質(zhì)量差別下也可以接受，制備的漿料不會影響既有的涂布工藝和極片質(zhì)量。此外，漿料后期抽真空所需時間短。但是濕法攪拌工藝存在的問題是，由于導(dǎo)電劑表面積大，容易吸收溶劑，導(dǎo)致溶劑的流動性較差，加入活物質(zhì)后，不易達到均勻分散的狀態(tài)。在相同的固含量條件下，與干法制漿工藝相比漿料的粘度偏高。

二、干法制漿工藝

干法制漿的工藝流程是首先將活物質(zhì)、導(dǎo)電劑等粉末物質(zhì)在一定速度下進行預(yù)混合?；旌贤炅酥蠹尤胝辰Y(jié)劑，進行混合攪拌，逐步加入溶劑進行混合、分散，最后加入一定量溶劑進行稀釋調(diào)節(jié)到涂布所需要的粘度。在干法制漿工藝中，鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個過程。干法制漿工藝可以用下面的圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）進行形象表示：

①干粉混合。干粉混合階段，物料顆粒之間以點點、點面、點線形式接觸，根據(jù)材料種類的不同接觸形式也不同。此階段，物料內(nèi)部孔隙率較高，粉體表面摩擦力較小，較短的時間內(nèi)可以達到大部分物料的混合接觸。

②物料潤濕混合階段。此階段在干粉混合均勻之后，加入粘結(jié)劑液體或溶劑，原材料被潤濕、呈泥狀。經(jīng)過攪拌機的強力攪拌，物料受到機械力的剪切和摩擦，同時顆粒之間也會有內(nèi)摩擦，在各個作用力下，原料顆粒之間趨于高度分散。此階段對于成品漿料的粒度和粘度有至關(guān)重要的影響。

③稀釋分散階段。第二階段完成之后，再緩慢加入溶劑調(diào)節(jié)漿料粘度和固含量，進行進一步的分散。此階段分散與團聚共存，并最后達到穩(wěn)定，漿料形成穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。在這個階段物料的分散主要受機械力、粉液間摩擦阻力、高速分散剪切力、漿料與容器壁撞擊相互作用力的影響。

干法制漿工藝與濕法工藝的不同之處是第二階段物料之間、設(shè)備與物料之間存在較大的內(nèi)摩擦力，在各方面作用力下，物料可以達到很好的分散狀態(tài)。漿料分散程度高，對極片的質(zhì)量是有利的。在相同的固含量下，干法制備的漿料粘度較低，漿料粘度越低，其維持穩(wěn)定的時間就越短，越容易分層。漿料在涂布過程中極易沉降在犄角旮旯處，引起沉降造成涂布精度波動。其次，干法制漿工藝中物料的最佳狀態(tài)較難把控，隨著原材料粒徑、pH值、比表面積等因素的變化，最佳狀態(tài)下的固含量會發(fā)生變化需要重新進行工藝調(diào)整，會影響到生產(chǎn)效率和不同批次極片之間的一致性。

以上，總結(jié)了濕法制漿工藝和干法制漿工藝的方法及優(yōu)缺點，所謂尺有所短寸有所長，兩種工藝都有自己的特點。如果為了保證極片的質(zhì)量，且漿料不會長時間存放，則可以采用分散較好的干法制漿工藝。如果想要保證極片的質(zhì)量一致性，比較在意生產(chǎn)的效率和成本，則可以采用濕法的制漿工藝。關(guān)鍵的是需要在不斷的實踐中改進工藝，以達到并超過對鋰電池漿料的品質(zhì)要求。