磷酸铁锂浆料、电池工艺及解决方案.docx

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1、磷酸铁锂浆料、电池工艺及解决方案目录?电池生产工艺流程11.1. 正极材料制备11.2. 负极材料制备21.3. 电解液配制21.4. 电池组装与封装2?浆料基本理论3?浆料的粘度3?浆料性质32.2.1.浆料需要具有以下三个特性3?粘度升高4?小占度降低5?特殊情况（果冻状及时高时低）5?浆料的粒度5?浆料的固含量7?浆料密度8?辐压前极片异常及解决方案9?辑压后极片异常及解决方案10?电芯异常及解决方案11?电性能异常分析及解决方案13?问答环节：18电池生产工艺流程磷酸铁锂电池作为一种重要的锂离子电池，广泛应用于电动车、储能系统和移动设备等领域。其优异的性能和相对较低的成本使其成为可持续

2、能源领域的重要组成部分。在磷酸铁锂电池的生产过程中，工艺的优化和控制对于电池性能和质量的提高至关重要。本文将介绍磷酸铁锂电池的生产工艺及其关键环节。1.1. 正极材料制备磷酸铁锂电池的正极材料是其中的核心部分。正极材料通常由锂盐、磷酸铁锂和导电剂组成。制备过程中，首先需要将锂盐与磷酸铁锂进行混合，并加入适量的导电剂。随后，将混合物进行球磨或搅拌，以获得均匀的颗粒分布和更好的电化学性能。最后，将混合物经过高温烧结，形成结构稳定的正极材料。1.2. 负极材料制备磷酸铁锂电池的负极材料主要由石墨或类石墨材料构成。负极材料的制备过程包括原料筛选、研磨、混合和成型等步骤。首先，选择高纯度的石墨作为原料，

3、并进行研磨，以提高颗粒的细度和均匀性。然后，将研磨后的石墨与导电剂进行混合，形成均匀的混合物。最后，将混合物通过压制或涂布等方式制成负极片。1.3. 电解液配制磷酸铁锂电池的电解液一般由锂盐、有机溶剂和添加剂组成。在电解液的配制过程中，首先需要选取合适的锂盐和溶剂，并按照一定的比例进行混合。随后，根据电池的要求，添加适量的添加剂，如电导剂、稳定剂和抑制剂等，以提高电池的性能和安全性。最后，通过过滤和脱气等工艺，得到清澈透明、纯净无杂质的电解液。1.4. 电池组装与封装在磷酸铁锂电池的组装过程中，首先将正负极材料与电解液进行配对，并放置在隔膜上。然后，将正负极片叠放起来，并使用导电剂连接它们，形

4、成电池的正负极结构。随后，将电池组装在金属壳体中，并通过密封和焊接等工艺,确保电池内部的稳定性和密封性。最后，将电池进行电性能测试和容量匹配，以确保其性能符合要求。总结起来，磷酸铁锂电池的生产工艺涉及到正极材料制备、负极材料制备、电解液配制以及电池的组装与封装等关键环节。通过对每个环节的优化和控制,可以提高电池的性能和稳定性，满足不同应用场景的需求。随着科学技术的不断进步，磷酸铁锂电池的生产工艺也将不断创新和改进，为清洁能源的发展做出更大的贡献。浆料基本理论浆料的粘度粘度是流体粘滞性的一种量度，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘

5、性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度和条件粘度。浆料性质2.2.1.浆料需要具有以下三个特性浆料是一种非牛顿流体，是固液混合流体，为了满足后续涂布工艺的要求,浆料需要具有以下三个特性：好的流动性。流动性可以通过搅动浆料，让其自然流下，观察其连续性。连续性好，不断断续续则说明流动性好。流动性与浆料的固含量和粘度有关，流平性。浆料的流平性影响的是涂布的平整度和均匀度。?流变性。流变性是指浆料在流动中的形变特征，其性质好坏影响着极片质量的优劣。相比其它锂离子电池正极材料(如三元材料)，磷酸铁锂的粒径小(d500.2-2m),颗粒的比表面大，合浆过程中能够吸收较多的

6、nmp溶剂，导致浆料中PVdf粘结剂的浓度较高，而高浓度的PVdf必然会导致浆料的高粘度，为保证出料粘度，在后续的调粘度阶段必然会消耗较多的nmp溶剂，而过多的nmp溶剂会导致浆料的固含量偏低。过低的浆料固含量对于制造工艺显然是不利的，不仅会增加nmp溶剂消耗量，更重要的是低固含量的浆料在涂布干燥过程中需要蒸发更多的nmp溶剂，涂布速度降低，设备能耗增加；当浆料固含量特别低时，干燥受热时间过长，会出现翘边、涂布干裂及粘结剂上浮引起的极片粘附力降低等质量问题，造成极片的报废，严重时还会影响电池安全性能。1.iFePO4：SP：CNT：PVDF=95：2：0.5：2.5的比例分别用传统工艺和优化工

7、艺制作正极浆料。工艺：将PVDF溶解于溶剂NMP中，形成胶液，往胶液中逐步加入SP和CNT导电液，并在高速分散中形成导电胶，再往导电胶中加入活性材料LiFePO4,高速分散后通过调节粘度形成正极浆料。翎粘度升高不同的浆料体系具有不同的粘度变化规律，目前主流的浆料体系是正极浆料PVDF/NMP油性体系，负极浆料是石墨/CMC/SBR水性体系。正极浆料在放置一段时间后粘度升高。其原因一（短时间放置）是浆料搅拌速度过快，粘结剂未充分溶解，放置一段时间后PVDF粉末充分溶解，粘度升高。通常来说，PVDF需要至少3个小时才能充分溶解，无论多快的搅拌速度都无法改变这一影响因素，所谓“欲速则不达”。原因之二

8、（长时间放置）是浆料静置过程中，胶体由溶胶状态变为凝胶状态，此时如果对其进行慢速匀浆,其粘度可以恢复。原因之三是胶体与活物质、导电剂颗粒之间形成了一种特殊的结构，此状态是不可逆的，浆料粘度升高后无法恢复。负极浆料粘度升高。负极浆料粘度升高主要是由粘结剂分子结构被破坏引起的，分子链断裂后被氧化后浆料粘度升高。如果物料被过度分散，颗粒粒径产生较大的降低，也会增加浆料的粘度。翻粘度降低正极浆料粘度降低。原因之一，粘结剂胶体发生了性状的变化。变化的原因多种多样，如浆料传输过程中受到强剪切力、粘结剂吸收水分发生质变、搅拌过程中导致结构发生变化、自身发生降解等。原因之二，搅拌分散不均匀导致浆料中固体物质大

9、面积沉降。原因之三，搅拌过程中粘结剂受到设备和活物质的强剪切力和摩擦力，在高温情况下发生性状变化，造成粘度下降。负极浆料粘度降低。原因之一CMC中混有杂质，CMC中的杂质大多是难溶性高分子树脂，当CMC与钙、镁等混溶时，会降低其粘度。原因之二CMC是羟甲基纤维素钠，其主要是C/0的结合，键强很弱极易被剪切力破坏，当搅拌速度过快或时间太长时有可能破坏CMC的结构。CMC在负极浆料中起到增稠和稳定的作用，同时对原材料的分散起重要的作用，其结构一旦发生破坏，必然引起浆料沉降，粘度降低。原因之三是SBR粘结剂的破坏。在实际生产中通常选择CMC和SBR协同工作，此二者的作用各不相同。SBR主要起到粘结剂

10、的作用，但是其在长时间搅拌下极易发生破乳，导致粘结性失效，浆料粘度降低。翻特殊情况（果冻状及时高时低）在正极浆料制备过程中有时候会出现浆料变成“果冻”的情况。这种情况的原因主要有二：其一，水分。考虑活物质吸潮、搅拌过程水分控制不好，原材料吸收水分后或者搅拌环境湿度较高,导致PVDF吸收水分变成果冻状。其二,浆料或材料的PH值。PH值越高，对水分的控制就要求更严格，尤其是NCA、NCM811等高银材料的搅拌。浆料粘度忽高忽低，原因之一可能是浆料测试过程中未完全稳定下来，浆料粘度受温度的影响很大。尤其是被高速分散之后，浆料内部温度存在一定的温度梯度，取样不同粘度也不尽相同。原因之二是浆料的分散性差

11、，活物质、粘结剂、导电剂没有良好的分散开，浆料就没有好的流动性，自然浆料粘度忽高忽低。浆料的粒度在合浆之后，需要对其粒度进行测量，粒度测量的方法通常采用刮板法。粒度是表征浆料质量的一个重要参数，粒度大小对于涂布工序、辑压工序以及电池性能有重要影响，理论上来说浆料粒度越小越好。当颗粒粒径过大时，浆料的稳定性会受到影响，出现沉降、浆料一致性不良等。在挤压式涂布过程中会出现堵料、极片干燥后麻点等情况，造成极片质量问题。在后续的辐压工序中，涂布不良处由于受力不均，极易造成极片断裂、局部微裂纹，这对电池的循环性能、倍率性能和安全性能造成了极大的危害。正负极活物质、粘接剂、导电剂等主材料粒径大小不一，密度

12、不同，在搅拌过程中会出现混合、挤压、摩擦、团聚等多种不同的接触方式。在原材料被逐渐混匀、被溶剂润湿、大块物料破裂和逐渐趋于稳定这几个阶段中，会出现物料混合不匀、粘接剂溶解不良、细颗粒严重团聚、粘接剂性状发生变化等情况，就会导致大颗粒的产生。当我们弄明白颗粒出现的原因时就要对症下药，解决这些问题。关于物料干粉混合，个人觉得搅拌机速度对干粉混合程度影响不大，但是两者需要足够的时间来保证干粉的混匀。现在有的厂家选择粉状粘接剂有的选择液体溶解好的粘接剂，两种不同的粘接剂决定了工艺的不同，采用粉状粘结剂需要更长的时间来进行溶解，否则在后期会出现溶胀、回弹、粘度变化等。细颗粒之间的团聚不可避免，但是我们要

13、保证物料之间有足够大的摩擦力，能够促使团聚颗粒出现挤压、破碎，利于混合。这就需要我们控制好浆料不同阶段的固含量，太低的固含量会影响颗粒之间的摩擦分散。浆料的固含量浆料的固含量和浆料稳定性息息相关，同种工艺与配方，浆料固含量越高,粘度越大，反之亦然。在一定范围内，粘度越高，浆料稳定性越高。固含量测试方法的基本原理是通过加热样品，使其中的水分蒸发，从而得到固体物质的重量。我们设计电池时，一般从电池容量反推卷芯厚度再到极片的设计，那么极片设计仅仅与面密度、活物质密度、厚度等参数有关。极片的参数是通过涂布机和辐压机对其进行调整的结果，浆料的固含量对其并无直接影响。那么，浆料固含量的高低是不是就无关紧要

14、呢？（1）固含量对于提高搅拌效率和涂布效率具有一定影响。固含量越高，浆料搅拌时间越短，所耗溶剂越少，涂布干燥效率越高，节省时间。（2）固含量对设备有一定的要求。高固含量浆料对设备的损耗较高，因为固含量越高，设备磨损越严重。（3）高固含量的浆料稳定性更高，部分浆料稳定性测试结果表明（如下图），常规搅拌的TSI（不稳定性指数）1.05要高于高粘度搅拌工艺TSI值0.75,所以高粘度搅拌工艺所获得的浆料稳定性要优于常规搅拌工艺。但是高固含量的浆料也会影响其流动性，非常挑战涂布工序的设备和技术人员。图1两种搅拌方式浆料稳定性比较/.Ew 专亡 W 值M （C）为常/抗投Ia h）、为拈及搅拌I.艺图2

15、 两种搅拌方式下浆料涂布后的SEMg程坦将（4）高固含量的浆料可以减少涂层间厚度，降低电池内阻。浆料密度浆料的密度是反应浆料一致性的重要参数，通过测试不同位置的浆料密度可以验证浆料的分散效果。在这就不多赘述，通过以上的总结，相信大家制备出良好的电极浆料。桨科不稳定吸水粘结剂少未分散好沉降、粗i度变化大固合量低修决方案正极粒径小消耗NMP多搅拌时间长岭夬方案正极钻度高大跟粒吸水团紧调整原材料选型（比表、粒度）洞整搅拌工艺（转速、线速度、时问）调整端结剂用量控制环境水分正极比表大粘结剂固含量低调整搅拌工英（转速、线速度、时间）调整IL极选型（比在、粕区）调整粘结剂选型（分子星等）正极大颗粒控制材料颗的喧决方案降低浆料粘度阴止吸水正极水分高IE极PH高正极比表大无流动性、变果冻厂I1R水NMP水分满环境湿度大粘结剂水分高控制环境湿度控制原材料水分陈低原材料PH值七麻卷源时代?.辐压前极片异常及解决方案LW决方案型纹解决方案浆料有气泡气泡一解决方案厂