全面介绍锂离子电池（中）配方

一路上

前言

近十年以来，通过对新电极材料和新存储机理的开发研究，基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展，电池性能不断提高。得益于纳米技术的不断探索发现，传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。

一、正负极配方

1.1 正极配方：LiCoO2+导电剂+粘合剂+集流体（铝箔）

LiCoO2(10μm): 96.0%

• 导电剂（Carbon ECP） 2.0%
• 粘合剂（PVDF 761） 2.0%
  

NMP（增加粘结性）:固体物质的重量比为8:15

• 正极粘度控制6000cps（温度25℃ ）；
• NMP重量须适当调节，达到粘度要求为宜；
• 特别注意温度、湿度对黏度的影响
  

正极活性物质：

• 钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为6-8 μm，含水量≤0.2%，通常为碱性，pH值为10-11左右。
• 锰酸锂：非极性物质，不规则形状，粒径D50一般为5-7 μm，含水量≤0.2%，通常为弱碱性，pH值为8左右。
  

导电剂：链状物，含水量< 1%，粒径一般为 1-5 μm。通常使用导电性优异的超导碳黑，如科琴炭黑Carbon ECP和ECP600JD，其作用：提高正极材料的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性；提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。
PVDF粘合剂：非极性物质，链状物，分子量从300,000到3,000,000不等；吸水后分子量下降，粘性变差。用于将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。常用的品牌如Kynar761。
NMP：弱极性液体，用来溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料。
集流体（正极引线）：由铝箔或铝带制成。

1.2 负极配方：石墨+导电剂+增稠剂（CMC）+粘结剂（SBR）+ 集流体（铜箔）

• 负极材料（石墨）：94.5%
• 导电剂（Carbon ECP）：1.0%(科琴超导碳黑)
• 粘结剂（SBR）：2.25%(SBR = 丁苯橡胶胶乳）
• 增稠剂（CMC）：2.25%(CMC = 羧甲基纤维素钠）
• 水：固体物质的重量比为1600:1417.5
  

a) 负极黏度控制5000-6000cps（温度25转子3）
b) 水重量需要适当调节，达到黏度要求为宜；
c) 特别注意温度湿度对黏度的影响

二、正负混料

石墨：

• 负极活性物质，构成负极反应的主要物质；主要分为天然石墨和人造石墨两大类。非极性物质，易被非极性物质污染，易在非极性物质中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新团聚。一般粒径 D50为20μm左右。颗粒形状多样且多不规则，主要有球形、片状、纤维状等。
  

导电剂；其作用为：

• 提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。
• 提高反应深度及利用率。
• 防止枝晶的产生。
• 利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。（可根据石墨粒度分布选择加或不加）。
  

添加剂：

• 降低不可逆反应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。
• 增稠剂/防沉淀剂（CMC）：高分子化合物，易溶于水和极性溶剂。
• 异丙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂网状交链，提高粘结强度。
• 乙醇：弱极性物质，加入后可减小粘合剂溶液的极性，提高石墨和粘合剂溶液的相容性；具有强烈的消泡作用；易催化粘合剂线性交链，提高粘结强度（异丙醇和乙醇的作用从本质上讲是一样的，大批量生产时可考虑成本因素然后选择添加哪种）。
  

水性粘合剂（SBR）：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。小分子线性链状乳液，极易溶于水和极性溶剂。

去离子水（或蒸馏水）：稀释剂，酌量添加，改变浆料的流动性。

负极引线：由铜箔或镍带制成。

2.1正极混料 ：

原料的预处理
钴酸锂：脱水。一般用120 °C常压烘烤2小时左右。
导电剂：脱水。一般用200 °C常压烘烤2小时左右。
粘合剂：脱水。一般用120-140 °C常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定。
NMP：脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施，直接使用。

物料球磨：
1) 4小时结束，过筛分离出球磨；
2) 将LiCoO2 和Carbon ECP倒入料桶，同时加入磨球（干料：磨球=1:1），在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上

原料的掺和：
1) 粘合剂的溶解（按标准浓度）及热处理。
2) 钴酸锂和导电剂球磨：使粉料初步混合，钴酸锂和导电剂粘合在一起，提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间一般为2h左右；为避免混入杂质，通常使用玛瑙球作为球磨介子。

干粉的分散、浸湿：

• 原理：固体粉末放置在空气中，随着时间的推移，将会吸附部分空气在固体的表面上，液体粘合剂加入后，液体与气体开始争夺固体表面；如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强，液体不能浸湿固体；如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体挤出。
• 当润湿角≤90°，固体浸湿。当润湿角>90°，固体不浸湿。
• 正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿，所以正极粉料分散相对容易。
  

分散方法对分散的影响：
1)静置法（时间长，效果差，但不损伤材料的原有结构）；
2)搅拌法：自转或自转加公转（时间短，效果佳，但有可能损伤个别材料的自身结构）。

• 搅拌桨对分散速度的影响：搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段；球形、齿轮形用于分散难度较低的状态，效果佳。
• 搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高，分散速度越快，但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。
• 浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小，分散速度越快，但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。
• 浓度对粘结强度的影响。浓度越大，柔制强度越大，粘接强度越大；浓度越低，粘接强度越小。
• 真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出，降低液体吸附难度；材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。
• 温度对分散速度的影响。适宜的温度下，浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结皮，太冷浆料的流动性将大打折扣。
• 稀释：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。
  

操作步骤

• 将NMP倒入动力混合机（100L）至80°C，称取PVDF加入其中，开机；参数设置：转速25±2r/min，搅拌115-125min；
• 接通冷却系统，将已经磨号的正极干料平均分四次加入，每次间隔28-32min，第三次加料视材料需要添加NMP，第四次加料后加入NMP；动力混合机参数设置：转速为20±2r/min
• 第四次加料30±2min后进行高速搅拌，时间为480±10min；动力混合机参数设置：公转为30±2r/min，自转为25±2r/min；
• 真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±2min；动力混合机参数设置：公转为10±2min，自转为8±2r/min
• 取250-300ml浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子号5，转速12或30rpm，温度范围25°C；
• 将正极料从动力混合机中取出进行胶体磨、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。
  

注意事项
完成，清理机器设备及工作环境；
操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。

2.2 负极混料

原料的预处理：

1) 石墨：
B、混合，使原料均匀化，提高一致性。
A、300~400°C常压烘烤，除去表面油性物质，提高与水性粘合剂的相容能力，修圆石墨表面棱角（有些材料为保持表面特性，不允许烘烤，否则效能降低）。

2) 水性粘合剂：适当稀释，提高分散能力。

掺和、浸湿和分散：

• 石墨与粘合剂溶液极性不同，不易分散。
• 可先用醇水溶液将石墨初步润湿，再与粘合剂溶液混合。
• 应适当降低搅拌浓度，提高分散性。
• 分散过程为减少极性物与非极性物距离，提高势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降。如条件允许应该适当升高搅拌温度，使吸热变得容易，同时提高流动性，降低分散难度。
• 搅拌过程如加入真空脱气过程，排除气体，促进固-液吸附，效果更佳。
• 分散原理、分散方法同正极配料中的相关内容
  

稀释：将浆料调整为合适的浓度，便于涂布。

物料球磨

• 将负极和KetjenblackECP倒入料桶同时加入球磨（干料：磨球=1:1.2）在滚瓶及上进行球磨，转速控制在60rmp以上；
• 4小时结束，过筛分离出球磨；
  

操作步骤

• 纯净水加热至至80°C倒入动力混合机（2L）
• 加CMC，搅拌60±2min；动力混合机参数设置：公转为25±2min，自转为15±2r/min；
• 加入SBR和去离子水，搅拌60±2min；动力混合机参数设置：公转为30±2min，自转为20±2r/min；
• 负极干料分四次平均顺序加入，加料的同时加入纯净水，每次间隔28-32min；动力混合机参数设置：公转为20±2r/min，自转为15±2r/min；
• 第四次加料30±2r/min后进行高速搅拌，时间为480±10min；动力混合机参数设置：公转为30±2r/min，自转为25±2r/min；
• 真空混合：将动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09到0.10Mpa，搅拌30±2min；动力混合机参数设置：公转为10±2min，自转为8±2r/min
• 取500ml浆料，使用黏度计测量黏度；测试条件：转子号5，转速30rpm，温度范围25°C；
• 将负极料从动力混合机中取出进行磨料、过筛，同时在不锈钢盆上贴上标识，与拉浆设备操作员交接后可流入拉浆作业工序。
  

注意事项
1) 完成，清理机器设备及工作环境；
2) 操作机器时，需注意安全，避免砸伤头部。

配料注意事项：
ü防止混入其它杂质；
ü防止浆料飞溅；
ü浆料的浓度（固含量）应从高往低逐渐调整，以免增加麻烦；
ü在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底，确保分散均匀；
ü浆料不宜长时间搁置，以免沉淀或均匀性降低；
ü需烘烤的物料必须密封冷却之后方可以加入，以免组分材料性质变化；
ü搅拌时间的长短以设备性能、材料加入量为主；
ü搅拌桨的使用以浆料分散难度进行更换，无法更换的可将转速由慢到快进行调整，以免损伤设备；
ü出料前对浆料进行过筛，除去大颗粒以防涂布时造成断带；
ü对配料人员要加强培训，确保其掌握专业知识，以免酿成大祸；
ü配料的关键在于分散均匀，掌握该中心，其它方式可自行调整。

结语

本文通过三章来介绍锂离子电池原理、配方和工艺流程
全面介绍锂离子电池（上）原理
全面介绍锂离子电池（中）配方
全面介绍锂离子电池（下）工艺流程