充電機充電鋰電池漿料制備技術及其對電極成型的影響（1）
2017-9-8 10:17:05??????點擊：
該文獻依據最抱負的充電機充電蓄電池極片微觀結構特征，總述了現在工業出產上先進的充電機充電鋰離子蓄電池電極漿料的制備技能，及其對電極描摹和功能的影響。自己仔細閱讀并翻譯了此文，分享給我們，由于內容較多，分紅兩個部分同享，此為第一部分，全文詳細內容包括：
1、前語
2、漿料描摹和制備工藝對電極描摹特征的影響
3、微米和納米顆粒漿料根本描摹
4、拌和辦法和設備
4.1、流體剪切拌和
4.2、球磨拌和
4.3、超聲波拌和
5、渙散劑和外表活性劑的影響
6、漿料制備投料次序的影響
7、含石墨烯和CNT漿料的的特性
7.1、CNT
7.2、石墨烯
8、漿料特性與后續制備工藝的聯系
9、定論、總結與展望
1、前語
充電機充電鋰離子蓄電池功能依賴于充電機充電蓄電池極片各組分的成分和性質，包括電活性物質、導電劑、粘結劑等。電極制備工藝決議電極的微觀描摹，也對錯常重要的。電極制備技能的前進不僅可以下降充電機充電蓄電池出產成本，并且可以提高充電機充電蓄電池容量和循環安穩性。在學術界，許多辦法被測驗用于鋰充電機充電蓄電池極片制備，比方化學氣相堆積、噴發堆積、激光堆積、旋轉涂布等。乃至有研討人員致力于開發由電活性顆粒、導電劑、粘結劑干粉混合物直接涂敷在集流體基體上，而不必液態漿料。一切這些辦法都還沒有商業運用，本文也不做評論。
現在，大部分充電機充電鋰離子蓄電池極片出產都是在金屬集流體上涂敷電極漿料層，然后枯燥，枯燥極片再輥壓壓實。這些技能不僅在商業化出產上運用，學術界也遍及選用，僅僅科研上一般選用逗號刮刀涂布。電極漿料制備都是電活性物質、聚合物粘結劑，導電劑和溶劑一同拌和混合，表1是常見的商業化充電機充電蓄電池電極資料。有時，漿料工藝也需求參加一些混料輔佐添加劑，比方水基溶劑，往往需求添加渙散劑調理漿料的流變特性，以匹配涂布設備要求。
2、漿料描摹和制備工藝對電極描摹特征的影響
充電機充電鋰離子蓄電池極片具有雜亂的多孔結構，包括活性物質和導電劑顆粒，它們經過粘結劑連接在一同，并粘附在金屬集流體上。電極功能取決于各組分的功能和電極描摹，導電劑一般是各式各樣的碳導電資料顆粒，它還可以與活性物質顆粒構成互鎖，強化與集流體的粘結。抱負的電極顆粒涂層描摹如圖1所示，應該是這樣的：
（i）活物質顆粒細微均勻渙散沒有聚會，導電劑顆粒構成薄層彌散成導電網絡，并最很多地在集流體上互鎖連接活物質顆粒。實踐上，導電劑顆粒一般為各式各樣的碳資料顆粒，最優狀況可以考慮多標準特征的導電劑體系。粘結劑的效果是保證電極結構的機械安穩性，正極一般是PVDF基的聚合物。其他，電極還需求有滿足的孔洞，答應電解液滲透到一切的活物質顆粒。電極結構特征也意味著活物質與導電劑，與粘結劑的質量比要盡可能高。
（ii）活物質顆粒最好細微，保證充電機充電蓄電池有高的電流密度。傳統觀念以為活物質顆粒內部的鋰離子渙散決議充電機充電蓄電池倍率功能，小顆粒鋰離子渙散途徑短，可以提高電流特性和庫侖功率。近來，許多研討工作開始修訂傳統所承受的鋰離子渙散或鋰離子傳導觀念，并以為即便活物質顆粒是微米標準，鋰離子的渙散也不是決議倍率功能的要害進程。一起，提高鋰離子渙散速率現已被以為不是減小活物質顆粒標準的唯一原因，減小顆粒標準可以提高充電機充電蓄電池倍率功能，現在呈現了其他兩種解釋，減小活物質顆粒標準是：
a、活物質顆粒電子電導率低所需求的。比方磷酸鐵鋰顆粒電導率約為10^-10 S/cm，而2微米的顆粒比電導率高于15微米顆粒，因而活物質低電導率也要求顆粒越小越好，這樣電子和離子導電性都能提高，從而提高充電機充電蓄電池功率功能。
b、電極涂層描摹的需求，特別是導電組分。活物質顆粒合作導電劑顆粒，顆粒越小，理論上越有可能構成彌散散布的薄層，完成導電劑均勻散布在活物質顆粒外表。
（iii）以上分析標明顆粒越小越好，因而，現在廣泛運用微米、亞微米、納米顆粒活物質。可是，這一起也面對一些應戰或需求留意的當地：
a、小顆粒特別是納米顆粒的活物質和導電劑比外表積大，當正負極電勢在電解液熱動力學安穩窗口之外時，電解液溶劑更簡單反響分解，在顆粒外表構成薄層，它會阻撓鋰離子傳輸并耗費電解液。
b、充電機充電蓄電池運用進程中，SEI膜繼續在電極活物質和導電劑顆粒外表構成，不斷耗費鋰離子和電解質。盡管SEI膜的厚度與活物質和導電劑顆粒標準無關，可是卻與顆粒外表積相關。納米顆粒的高比外表積更簡單呈現問題。
c、再有一個阻撓納米資料運用的問題就是納米顆粒振實密度較低，因而顆粒組成的電極涂層一般密度也較低。
這些問題促使活物質和導電劑顆粒標準優化時需求歸納考慮電解液、顆粒資料特性和電極描摹。此外，從漿料制備工藝視點看，顆粒標準優化也對錯常重要的，由于小顆粒渙散困難，在漿猜中更簡單發作聚會。
（iv）充電機充電鋰離子蓄電池電極一般厚度為40~300微米，誤差要求1~2微米。逗號刮刀和模頭揉捏涂布是最常用的電極制備工藝。極片涂層的厚度也是影響充電機充電蓄電池功能的一個重要因素，漿料濕涂層成為獲取均勻枯燥電極的先決條件。漿料是包括固體顆粒的懸浮液，不僅固體顆粒標準要小于涂層的厚度，粉體顆粒聚會體的標準也要小于濕涂層的厚度，不然電極功能會遭到影響，如圖2a所示。大顆粒聚會體也會引起揉捏涂布缺點，如圖2b所示。
除了粘度、粒度等參數外，其他更多參數會影響涂布工藝進程，比方涂層的厚度就很重要，涂層越厚越簡單呈現厚度不均勻性和涂層小孔缺點（圖2d）。
（v）導電劑在充電機充電鋰離子蓄電池極片中構成導電通路，這就要求導電劑在漿猜中均勻散布（微觀混合），并對活物質顆粒構成包覆（微觀混合）。導電劑渙散布不僅僅取決于拌和工藝，一起也與導電劑自身特性有關。多種碳導電資料可以安穩漿料，阻撓漿料發作偏析（沉降和聚會），堅持均勻共同的漿料。因而，制備最優的漿料一方面與活物質和導電劑顆粒的標準相關，另一方面也遭到導電劑部分性質的影響。
漿料混合不充沛時，所制備的電極描摹就像圖1b所示，活物質和導電劑顆粒聚會，粘結劑構成相對較大球狀物，這樣活物質不能徹底結實互鎖，也沒有良好的鋰離子通道，部分導電劑和粘結劑底子沒有起到效果。因而，這樣的電極功能也差。漿料制備應該微觀充沛混合，導電劑包覆活物質，構成如圖1a所示電極結構。要制備好的電極，枯燥也很重要，不適宜的枯燥辦法可能會導致電極描摹缺點。可是最首要的有必要制備好的漿料，細微顆粒漿料的制備是吃力，困難并且工藝時刻長，微米顆粒和部分納米顆粒等小顆粒簡單構成非均勻結構的漿料，在制備中呈現分層團簇。因而，漿料制備進程，需求考慮活物質和導電劑顆粒的標準、描摹、密度等很多參數。
3、微米和納米顆粒漿料根本描摹
渙散之后，粉末構成漿料，其間顆粒團簇懸浮在溶劑中。這些團簇有兩種標準結構：大聚會體（Agglomerate）和小聚團體（Aggregate，二次顆粒），如圖3所示。大聚會體是由小聚團體組成的，而小聚團體（二次顆粒）是由一次顆粒構成的。小聚團體之間由弱的范德華力結合成大聚會體，一次顆粒之間靠更強的力（一般為靜電力）構成二次顆粒。在文獻中，大聚會體一般稱為軟聚會，小聚團體稱為硬聚會。
表1可見，一般市售活物質粉體顆粒標準為2-10微米，構成大聚會體標準為50-90微米。漿料制備中，粉體渙散，標準減小，前面提到，顆粒標準越小電化學功能越好。因而，漿料制備工藝的意圖為：
a、渙散活物質和導電劑顆粒聚會體；
b、最終再減小活物質和導電劑二次顆粒標準；
c、構成最適宜的活物質、導電劑和粘結劑彼此之間的排布辦法；
d、堅持漿料最優結構和成分安穩性，避免沉降和聚會等成分偏析。
以上方針經過適宜的拌和工藝完成，包括適宜的投料次序，添加適宜的外表活性劑，適宜的漿料溶劑，適宜的拌和設備等。充電機充電鋰離子蓄電池漿料對錯平衡態的，活物質和導電劑跟著時刻趨向于發作聚會，安穩性需求高分子量長鏈粘結劑堅持。
4、拌和辦法和設備
渙散顆粒團簇的漿料制備工藝與固體顆粒損壞工藝相似，由于兩者都需求施加相同類型的應力。聚會體靠范德華力結合，二次顆粒靠靜電力結合，這些力都小于固體顆粒晶體之間的效果力，因而拌和渙散需求的應力強度更小些，故用于固體顆粒損壞的設備和工藝徹底滿足用于漿料制備。剪切流體活動和超聲波拌和常常用于漿料制備。渙散設備可以分為兩類：第一類拌和設備，經過固體研磨，剪切力效果在團簇上完成物質渙散，如拌和球磨；第二類設備，經過液體前言施行剪切力，如依據流體力學的剪切拌和機，圓盤球磨機，3輥球磨機，捏合機，超聲波均質機。各類拌和機設備示意圖如圖4所示。
捏合機和三輥球磨機常用于高固含量和高粘度漿料的渙散，根本在充電機充電鋰離子蓄電池漿料制備中不運用。圓盤球磨也很少用于充電機充電蓄電池漿料制備。這兩類拌和機剪切應力強度與渙散處理的團簇標準相關。流體活動剪切拌和發作的剪切力與團簇標準沒有相關，球磨發作的剪切力與團簇標準成反比，各類拌和剪切力與團部標準聯系如圖5所示。
因而，除超聲波拌和外，球磨拌和機渙散功率比其他渙散設備更高。由不同拌和辦法渙散的氧化鋁粉末漿料的最小團簇標準和拌和渙散比能量的聯系如圖6所示。揭露宣布的專利和鋰離子漿料拌和設備廠家供給的資料標明，充電機充電鋰離子蓄電池漿料工業化出產工藝首要依據流體力學剪切拌和辦法，球磨拌和也用于充電機充電蓄電池漿料出產。
4.1、流體剪切拌和
此類拌和機首要有低能量磁力拌和器/溶解器，轉筒式拌和機，高能均質機，渦輪拌和機，靜態拌和機等，漿料制備往往運用流體力學所發作的剪切力，由活動剪切速率、團簇截面面積、流體動力學粘度操控。漿料制備一般包括兩個進程：團簇的破碎和懸浮聚會體的重組。
團簇破碎是一個雜亂的進程，包括三種途徑：磨蝕、開裂、打碎，如圖7所示。團簇破碎詳細依托顆粒-顆粒彼此效果，漿料溶劑-顆粒彼此效果，以及最首要的剪切力，而剪切力又取決于溶劑的粘度和運動速度。磨蝕一般在能量較低時發作，小碎片依托磨蝕效果漸漸從大聚會體剪切下來。當拌和能量高時，團簇發作開裂切割成幾個部分。打碎是開裂的一種特殊改動方法，這種狀況下團簇一起切割成很多的小碎片。聚會體的重組相關的參數有顆粒-顆粒彼此效果，漿料溶劑-顆粒彼此效果，以及漿料固含量。
團簇的重組和渙散速度的平衡主導漿猜中團簇的平衡標準，存在一個臨界標準，在這標準之下團簇渙散速度很小。現有文獻報導，適宜處理時刻和拌和能量下，經過流體力學剪切拌和所制備的漿料，聚會體的標準不可能小于100納米，因而只有當一次顆粒標準不小于100納米時，這種拌和才有可能徹底渙散粉體直至一次顆粒標準。納米顆粒的徹底渙散不可能完成。而當運用Ramond高速拌和機時，中等標準團簇渙散至40-60納米也是可能的。其他，外表活性劑也能改動聚會體組合和渙散的平衡，使漿料團簇標準更小。
最終，漿料制備時，對充電機充電鋰離子蓄電池極片描摹而言，最重要的是漿料重新組合的聚會體往往比原始活物質和導電劑團簇更細密，孔隙率更低。而電極功能又與涂層孔隙率密切相關，一方面高強度拌和可以愈加充沛渙散活物質和導電劑團簇，但另一方面高強度拌和又會下降粘結劑分子量而改動其初始的粘結特性，使之無法堅持漿料結構的安穩性，因而，拌和強度的優化挑選也需求平衡顆粒渙散特性和堅持漿料結構安穩特性之間的彼此影響。
現在市售的正負極資料標準一般為微米等級，或許盡管一次顆粒是納米等級的，但質料粉體自身也是由納米一次顆粒組成微米級二次顆粒，因而，依據流體力學的剪切渙散拌和技能是最廣泛運用的。可是，這種渙散技能不能徹底渙散納米顆粒，強度太高又會打斷粘結劑分子鏈，因而，實踐出產中是否挑選這種拌和辦法需求依據活物質和導電劑的細度以及粘結劑性質決議。
4.2、球磨拌和
球磨拌和也常常用于充電機充電鋰離子蓄電池漿料的制備，和依據流體力學的拌和辦法一樣，球磨工藝的渙散才能由團簇破碎和聚會體重組的速度平衡決議，這種平衡與粉體顆粒的性質有關，也會遭到外表活性劑添加而改動。
在球磨工藝中，粉末顆粒閱歷很多的外表上和體積上改動，這種改動可能直至資料的機械化學改變（如碳納米管可能割裂，它們的長寬比和結構都發作改動）。并且顆粒之間，粉體與渙散介質（溶劑和粘結劑）之間，乃至粉體和磨球之間都可能發作反響，磨球磕碰以及部分流體高剪切湍流也會構成粘結劑分子量的割裂。
一切的機械化學改動在漿料球磨工藝中都觀察到并有相關研討。研討標明球磨引起的活物質和導電劑改動可能對充電機充電鋰離子蓄電池極片功能有利，可是這也會危害活物質和導電劑初始特性。并且球磨工藝一般很雜亂并具彼此對立的特色，比方球磨會危害低倍率功能而增強高倍率功能。
總歸，與依據流體力學拌和工藝比較，球磨工藝供給更小的活物質和導電劑團簇標準，一起也會損壞活物質和導電劑顆粒描摹。當活物質和導電劑顆粒自身描摹對電極功能有利時，球磨工藝并不好。
4.3、超聲波拌和
現在，由于瞬時的聲空化效應，超聲波被用于微觀標準的拌和。這種效應在適當高的超聲強度下發作，微觀氣泡很多構成和成長，當氣泡標準到達某一臨界值，氣泡成長速率快速添加，然后瞬間氣泡破裂，構成沖擊波，這種氣泡破裂幾乎是絕熱的，因而這會構成部分的高溫高壓。
超聲拌和發作的其他一個進程是液體的微觀活動。空化氣泡濃度以發作器為中心沿軸線逐漸下降，氣泡向低濃度區域渙散帶動液體活動，活動速度高達2m/s。這種流體活動足以供給充沛的拌和效果，無需添加額定的設備。
相對較低的超聲波頻率有利于漿料制備。一般在更低的輸入能量條件下，超聲波拌和可以到達與依據流體力學技能的拌和相同的效果（如圖6所示）。超聲波技能和球磨結合，以及添加外表活性劑的超聲波拌和特別有利漿料制備。
超聲波拌和技能的特色標明有可能在低溶劑含量條件下完成漿料顆粒均勻渙散，這種高固含量技能也愈加節能。就充電機充電鋰離子蓄電池漿料而言，高固含量也是有利的，由于固含量低漿料更簡單發作沉降，導致活物質、導電劑和粘結劑的不均勻散布，在極片枯燥進程中也會導致沿極片厚度方向孔散布不均勻。漿料固體沉降到底部，會集在集流體的鄰近，這也會約束鋰離子在此區域 的傳輸。高固含量時，極片枯燥時刻短，不期望的活物質散布改動，導電劑和粘結劑的不均勻散布改動也小，相同可以添加極片涂層的結合強度。
一個需求留意的問題就是高強度超聲波效果下可能呈現化學反響。尤其在水基漿猜中，超聲波效果是否會發作H，OH，O和HO2等自由基，充電機充電鋰離子蓄電池漿料超聲波渙散時，聚合物粘合劑分子鏈是否開裂，粘合劑是否與活物質和導電劑顆粒反響。常用的充電機充電鋰離子蓄電池漿料粘結劑甲基纖維素鈉，聚丙烯酸和聚乙烯醇等超聲效果下簡單發作聚合反響，而聚合物粘結劑分子鏈長度是操控電極描摹特征的重要參數，它們可以堅持極片結合強度，消除電化學進程中的活物質體積改動的影響。超聲波拌和技能運用較少，還處于研發階段。
1、前語
2、漿料描摹和制備工藝對電極描摹特征的影響
3、微米和納米顆粒漿料根本描摹
4、拌和辦法和設備
4.1、流體剪切拌和
4.2、球磨拌和
4.3、超聲波拌和
5、渙散劑和外表活性劑的影響
6、漿料制備投料次序的影響
7、含石墨烯和CNT漿料的的特性
7.1、CNT
7.2、石墨烯
8、漿料特性與后續制備工藝的聯系
9、定論、總結與展望
1、前語
充電機充電鋰離子蓄電池功能依賴于充電機充電蓄電池極片各組分的成分和性質，包括電活性物質、導電劑、粘結劑等。電極制備工藝決議電極的微觀描摹，也對錯常重要的。電極制備技能的前進不僅可以下降充電機充電蓄電池出產成本，并且可以提高充電機充電蓄電池容量和循環安穩性。在學術界，許多辦法被測驗用于鋰充電機充電蓄電池極片制備，比方化學氣相堆積、噴發堆積、激光堆積、旋轉涂布等。乃至有研討人員致力于開發由電活性顆粒、導電劑、粘結劑干粉混合物直接涂敷在集流體基體上，而不必液態漿料。一切這些辦法都還沒有商業運用，本文也不做評論。
現在，大部分充電機充電鋰離子蓄電池極片出產都是在金屬集流體上涂敷電極漿料層，然后枯燥，枯燥極片再輥壓壓實。這些技能不僅在商業化出產上運用，學術界也遍及選用，僅僅科研上一般選用逗號刮刀涂布。電極漿料制備都是電活性物質、聚合物粘結劑，導電劑和溶劑一同拌和混合，表1是常見的商業化充電機充電蓄電池電極資料。有時，漿料工藝也需求參加一些混料輔佐添加劑，比方水基溶劑，往往需求添加渙散劑調理漿料的流變特性，以匹配涂布設備要求。
Table 1. Some commercially available materials for LIB - electrodes; source, brand names and sizes.
|
Material |
Brand |
Size (Dm) |
Available from |
|
Anode AM, Graphite |
RGPT100 |
1S-21 pm |
Targray,anode-active-materials |
|
Anode AM. Carbon |
TIMREX? KS6 |
3.4 pm |
Timcal, ERGY%20C65%20 &%2045.pdf |
|
Anode AM, Li4Ti5012 |
NANOMYTEfR) BEIO |
Clusters, 1.5-3 |jm Primaiy particles, 50-90 nm |
NE1 Corporation, |
|
Cathode AM. LiMri2〇4 |
NANOMYTE BE30 |
Clusters, 6-7 pm Primary particles, 30-50 nm |
|
|
Cathode AM, LiMnl 5Ni0 5O4 |
NANOMYTE SP-10 |
Clusters, S-7 jjm Primafy particles, 50-70 nm |
|
|
Cathode AM. LiNi〇.*Co〇.i5Al〇.〇s〇2 |
NANOMYTE BE 45 |
Clusters, 11-13 pm Primary particles, 50-70 nm |
|
|
Cathode AM, Li(NiMnCo)0； |
PLB-H5 |
8.0-12.0 jjm |
Limyi Gelon Lib Co., |
|
Cathode AM, LiCoO? |
XI ON |
?12 jjm |
L&F Material Co., Ltd, |
|
Cathode AM, Ni-Mg- Co oxide |
|
S-13 |jm |
BASFHEO NCMs Aerospace Oata_Sheet_sfs.pdf |
|
LiFeP04 |
|
?2 |jm |
MTI Co., |
|
C8 additive |
VULCAN XC-72 |
?50 nm |
Cabot Co.,carbon-biacks-for-elastomer-reinforcement/conductive |
|
C8 additive |
UF-G5 |
*6 |jm |
Showa Denko K.K, |
|
C6 additive |
HS100 |
-4S nm |
DENK1 KAGAKU KOGYO K.K., |
漿料制備技能，濕極片的枯燥和極片的輥壓壓實處理工藝參數操控電極微觀描摹，因而對電極功能影響巨大。其他，漿料的性質也會影響電極出產工藝功能，從而影響設備的出產功率和終究的電極描摹，乃至整個充電機充電蓄電池的可運用性。
2、漿料描摹和制備工藝對電極描摹特征的影響
充電機充電鋰離子蓄電池極片具有雜亂的多孔結構，包括活性物質和導電劑顆粒，它們經過粘結劑連接在一同，并粘附在金屬集流體上。電極功能取決于各組分的功能和電極描摹，導電劑一般是各式各樣的碳導電資料顆粒，它還可以與活性物質顆粒構成互鎖，強化與集流體的粘結。抱負的電極顆粒涂層描摹如圖1所示，應該是這樣的：
（i）活物質顆粒細微均勻渙散沒有聚會，導電劑顆粒構成薄層彌散成導電網絡，并最很多地在集流體上互鎖連接活物質顆粒。實踐上，導電劑顆粒一般為各式各樣的碳資料顆粒，最優狀況可以考慮多標準特征的導電劑體系。粘結劑的效果是保證電極結構的機械安穩性，正極一般是PVDF基的聚合物。其他，電極還需求有滿足的孔洞，答應電解液滲透到一切的活物質顆粒。電極結構特征也意味著活物質與導電劑，與粘結劑的質量比要盡可能高。
（ii）活物質顆粒最好細微，保證充電機充電蓄電池有高的電流密度。傳統觀念以為活物質顆粒內部的鋰離子渙散決議充電機充電蓄電池倍率功能，小顆粒鋰離子渙散途徑短，可以提高電流特性和庫侖功率。近來，許多研討工作開始修訂傳統所承受的鋰離子渙散或鋰離子傳導觀念，并以為即便活物質顆粒是微米標準，鋰離子的渙散也不是決議倍率功能的要害進程。一起，提高鋰離子渙散速率現已被以為不是減小活物質顆粒標準的唯一原因，減小顆粒標準可以提高充電機充電蓄電池倍率功能，現在呈現了其他兩種解釋，減小活物質顆粒標準是：
a、活物質顆粒電子電導率低所需求的。比方磷酸鐵鋰顆粒電導率約為10^-10 S/cm，而2微米的顆粒比電導率高于15微米顆粒，因而活物質低電導率也要求顆粒越小越好，這樣電子和離子導電性都能提高，從而提高充電機充電蓄電池功率功能。
b、電極涂層描摹的需求，特別是導電組分。活物質顆粒合作導電劑顆粒，顆粒越小，理論上越有可能構成彌散散布的薄層，完成導電劑均勻散布在活物質顆粒外表。
（iii）以上分析標明顆粒越小越好，因而，現在廣泛運用微米、亞微米、納米顆粒活物質。可是，這一起也面對一些應戰或需求留意的當地：
a、小顆粒特別是納米顆粒的活物質和導電劑比外表積大，當正負極電勢在電解液熱動力學安穩窗口之外時，電解液溶劑更簡單反響分解，在顆粒外表構成薄層，它會阻撓鋰離子傳輸并耗費電解液。
b、充電機充電蓄電池運用進程中，SEI膜繼續在電極活物質和導電劑顆粒外表構成，不斷耗費鋰離子和電解質。盡管SEI膜的厚度與活物質和導電劑顆粒標準無關，可是卻與顆粒外表積相關。納米顆粒的高比外表積更簡單呈現問題。
c、再有一個阻撓納米資料運用的問題就是納米顆粒振實密度較低，因而顆粒組成的電極涂層一般密度也較低。
這些問題促使活物質和導電劑顆粒標準優化時需求歸納考慮電解液、顆粒資料特性和電極描摹。此外，從漿料制備工藝視點看，顆粒標準優化也對錯常重要的，由于小顆粒渙散困難，在漿猜中更簡單發作聚會。
（iv）充電機充電鋰離子蓄電池電極一般厚度為40~300微米，誤差要求1~2微米。逗號刮刀和模頭揉捏涂布是最常用的電極制備工藝。極片涂層的厚度也是影響充電機充電蓄電池功能的一個重要因素，漿料濕涂層成為獲取均勻枯燥電極的先決條件。漿料是包括固體顆粒的懸浮液，不僅固體顆粒標準要小于涂層的厚度，粉體顆粒聚會體的標準也要小于濕涂層的厚度，不然電極功能會遭到影響，如圖2a所示。大顆粒聚會體也會引起揉捏涂布缺點，如圖2b所示。
除了粘度、粒度等參數外，其他更多參數會影響涂布工藝進程，比方涂層的厚度就很重要，涂層越厚越簡單呈現厚度不均勻性和涂層小孔缺點（圖2d）。
（v）導電劑在充電機充電鋰離子蓄電池極片中構成導電通路，這就要求導電劑在漿猜中均勻散布（微觀混合），并對活物質顆粒構成包覆（微觀混合）。導電劑渙散布不僅僅取決于拌和工藝，一起也與導電劑自身特性有關。多種碳導電資料可以安穩漿料，阻撓漿料發作偏析（沉降和聚會），堅持均勻共同的漿料。因而，制備最優的漿料一方面與活物質和導電劑顆粒的標準相關，另一方面也遭到導電劑部分性質的影響。
漿料混合不充沛時，所制備的電極描摹就像圖1b所示，活物質和導電劑顆粒聚會，粘結劑構成相對較大球狀物，這樣活物質不能徹底結實互鎖，也沒有良好的鋰離子通道，部分導電劑和粘結劑底子沒有起到效果。因而，這樣的電極功能也差。漿料制備應該微觀充沛混合，導電劑包覆活物質，構成如圖1a所示電極結構。要制備好的電極，枯燥也很重要，不適宜的枯燥辦法可能會導致電極描摹缺點。可是最首要的有必要制備好的漿料，細微顆粒漿料的制備是吃力，困難并且工藝時刻長，微米顆粒和部分納米顆粒等小顆粒簡單構成非均勻結構的漿料，在制備中呈現分層團簇。因而，漿料制備進程，需求考慮活物質和導電劑顆粒的標準、描摹、密度等很多參數。
3、微米和納米顆粒漿料根本描摹
渙散之后，粉末構成漿料，其間顆粒團簇懸浮在溶劑中。這些團簇有兩種標準結構：大聚會體（Agglomerate）和小聚團體（Aggregate，二次顆粒），如圖3所示。大聚會體是由小聚團體組成的，而小聚團體（二次顆粒）是由一次顆粒構成的。小聚團體之間由弱的范德華力結合成大聚會體，一次顆粒之間靠更強的力（一般為靜電力）構成二次顆粒。在文獻中，大聚會體一般稱為軟聚會，小聚團體稱為硬聚會。
表1可見，一般市售活物質粉體顆粒標準為2-10微米，構成大聚會體標準為50-90微米。漿料制備中，粉體渙散，標準減小，前面提到，顆粒標準越小電化學功能越好。因而，漿料制備工藝的意圖為：
a、渙散活物質和導電劑顆粒聚會體；
b、最終再減小活物質和導電劑二次顆粒標準；
c、構成最適宜的活物質、導電劑和粘結劑彼此之間的排布辦法；
d、堅持漿料最優結構和成分安穩性，避免沉降和聚會等成分偏析。
以上方針經過適宜的拌和工藝完成，包括適宜的投料次序，添加適宜的外表活性劑，適宜的漿料溶劑，適宜的拌和設備等。充電機充電鋰離子蓄電池漿料對錯平衡態的，活物質和導電劑跟著時刻趨向于發作聚會，安穩性需求高分子量長鏈粘結劑堅持。
4、拌和辦法和設備
渙散顆粒團簇的漿料制備工藝與固體顆粒損壞工藝相似，由于兩者都需求施加相同類型的應力。聚會體靠范德華力結合，二次顆粒靠靜電力結合，這些力都小于固體顆粒晶體之間的效果力，因而拌和渙散需求的應力強度更小些，故用于固體顆粒損壞的設備和工藝徹底滿足用于漿料制備。剪切流體活動和超聲波拌和常常用于漿料制備。渙散設備可以分為兩類：第一類拌和設備，經過固體研磨，剪切力效果在團簇上完成物質渙散，如拌和球磨；第二類設備，經過液體前言施行剪切力，如依據流體力學的剪切拌和機，圓盤球磨機，3輥球磨機，捏合機，超聲波均質機。各類拌和機設備示意圖如圖4所示。
捏合機和三輥球磨機常用于高固含量和高粘度漿料的渙散，根本在充電機充電鋰離子蓄電池漿料制備中不運用。圓盤球磨也很少用于充電機充電蓄電池漿料制備。這兩類拌和機剪切應力強度與渙散處理的團簇標準相關。流體活動剪切拌和發作的剪切力與團簇標準沒有相關，球磨發作的剪切力與團簇標準成反比，各類拌和剪切力與團部標準聯系如圖5所示。
因而，除超聲波拌和外，球磨拌和機渙散功率比其他渙散設備更高。由不同拌和辦法渙散的氧化鋁粉末漿料的最小團簇標準和拌和渙散比能量的聯系如圖6所示。揭露宣布的專利和鋰離子漿料拌和設備廠家供給的資料標明，充電機充電鋰離子蓄電池漿料工業化出產工藝首要依據流體力學剪切拌和辦法，球磨拌和也用于充電機充電蓄電池漿料出產。
4.1、流體剪切拌和
此類拌和機首要有低能量磁力拌和器/溶解器，轉筒式拌和機，高能均質機，渦輪拌和機，靜態拌和機等，漿料制備往往運用流體力學所發作的剪切力，由活動剪切速率、團簇截面面積、流體動力學粘度操控。漿料制備一般包括兩個進程：團簇的破碎和懸浮聚會體的重組。
團簇破碎是一個雜亂的進程，包括三種途徑：磨蝕、開裂、打碎，如圖7所示。團簇破碎詳細依托顆粒-顆粒彼此效果，漿料溶劑-顆粒彼此效果，以及最首要的剪切力，而剪切力又取決于溶劑的粘度和運動速度。磨蝕一般在能量較低時發作，小碎片依托磨蝕效果漸漸從大聚會體剪切下來。當拌和能量高時，團簇發作開裂切割成幾個部分。打碎是開裂的一種特殊改動方法，這種狀況下團簇一起切割成很多的小碎片。聚會體的重組相關的參數有顆粒-顆粒彼此效果，漿料溶劑-顆粒彼此效果，以及漿料固含量。
團簇的重組和渙散速度的平衡主導漿猜中團簇的平衡標準，存在一個臨界標準，在這標準之下團簇渙散速度很小。現有文獻報導，適宜處理時刻和拌和能量下，經過流體力學剪切拌和所制備的漿料，聚會體的標準不可能小于100納米，因而只有當一次顆粒標準不小于100納米時，這種拌和才有可能徹底渙散粉體直至一次顆粒標準。納米顆粒的徹底渙散不可能完成。而當運用Ramond高速拌和機時，中等標準團簇渙散至40-60納米也是可能的。其他，外表活性劑也能改動聚會體組合和渙散的平衡，使漿料團簇標準更小。
最終，漿料制備時，對充電機充電鋰離子蓄電池極片描摹而言，最重要的是漿料重新組合的聚會體往往比原始活物質和導電劑團簇更細密，孔隙率更低。而電極功能又與涂層孔隙率密切相關，一方面高強度拌和可以愈加充沛渙散活物質和導電劑團簇，但另一方面高強度拌和又會下降粘結劑分子量而改動其初始的粘結特性，使之無法堅持漿料結構的安穩性，因而，拌和強度的優化挑選也需求平衡顆粒渙散特性和堅持漿料結構安穩特性之間的彼此影響。
現在市售的正負極資料標準一般為微米等級，或許盡管一次顆粒是納米等級的，但質料粉體自身也是由納米一次顆粒組成微米級二次顆粒，因而，依據流體力學的剪切渙散拌和技能是最廣泛運用的。可是，這種渙散技能不能徹底渙散納米顆粒，強度太高又會打斷粘結劑分子鏈，因而，實踐出產中是否挑選這種拌和辦法需求依據活物質和導電劑的細度以及粘結劑性質決議。
4.2、球磨拌和
球磨拌和也常常用于充電機充電鋰離子蓄電池漿料的制備，和依據流體力學的拌和辦法一樣，球磨工藝的渙散才能由團簇破碎和聚會體重組的速度平衡決議，這種平衡與粉體顆粒的性質有關，也會遭到外表活性劑添加而改動。
在球磨工藝中，粉末顆粒閱歷很多的外表上和體積上改動，這種改動可能直至資料的機械化學改變（如碳納米管可能割裂，它們的長寬比和結構都發作改動）。并且顆粒之間，粉體與渙散介質（溶劑和粘結劑）之間，乃至粉體和磨球之間都可能發作反響，磨球磕碰以及部分流體高剪切湍流也會構成粘結劑分子量的割裂。
一切的機械化學改動在漿料球磨工藝中都觀察到并有相關研討。研討標明球磨引起的活物質和導電劑改動可能對充電機充電鋰離子蓄電池極片功能有利，可是這也會危害活物質和導電劑初始特性。并且球磨工藝一般很雜亂并具彼此對立的特色，比方球磨會危害低倍率功能而增強高倍率功能。
總歸，與依據流體力學拌和工藝比較，球磨工藝供給更小的活物質和導電劑團簇標準，一起也會損壞活物質和導電劑顆粒描摹。當活物質和導電劑顆粒自身描摹對電極功能有利時，球磨工藝并不好。
4.3、超聲波拌和
現在，由于瞬時的聲空化效應，超聲波被用于微觀標準的拌和。這種效應在適當高的超聲強度下發作，微觀氣泡很多構成和成長，當氣泡標準到達某一臨界值，氣泡成長速率快速添加，然后瞬間氣泡破裂，構成沖擊波，這種氣泡破裂幾乎是絕熱的，因而這會構成部分的高溫高壓。
超聲拌和發作的其他一個進程是液體的微觀活動。空化氣泡濃度以發作器為中心沿軸線逐漸下降，氣泡向低濃度區域渙散帶動液體活動，活動速度高達2m/s。這種流體活動足以供給充沛的拌和效果，無需添加額定的設備。
相對較低的超聲波頻率有利于漿料制備。一般在更低的輸入能量條件下，超聲波拌和可以到達與依據流體力學技能的拌和相同的效果（如圖6所示）。超聲波技能和球磨結合，以及添加外表活性劑的超聲波拌和特別有利漿料制備。
超聲波拌和技能的特色標明有可能在低溶劑含量條件下完成漿料顆粒均勻渙散，這種高固含量技能也愈加節能。就充電機充電鋰離子蓄電池漿料而言，高固含量也是有利的，由于固含量低漿料更簡單發作沉降，導致活物質、導電劑和粘結劑的不均勻散布，在極片枯燥進程中也會導致沿極片厚度方向孔散布不均勻。漿料固體沉降到底部，會集在集流體的鄰近，這也會約束鋰離子在此區域 的傳輸。高固含量時，極片枯燥時刻短，不期望的活物質散布改動，導電劑和粘結劑的不均勻散布改動也小，相同可以添加極片涂層的結合強度。
一個需求留意的問題就是高強度超聲波效果下可能呈現化學反響。尤其在水基漿猜中，超聲波效果是否會發作H，OH，O和HO2等自由基，充電機充電鋰離子蓄電池漿料超聲波渙散時，聚合物粘合劑分子鏈是否開裂，粘合劑是否與活物質和導電劑顆粒反響。常用的充電機充電鋰離子蓄電池漿料粘結劑甲基纖維素鈉，聚丙烯酸和聚乙烯醇等超聲效果下簡單發作聚合反響，而聚合物粘結劑分子鏈長度是操控電極描摹特征的重要參數，它們可以堅持極片結合強度，消除電化學進程中的活物質體積改動的影響。超聲波拌和技能運用較少，還處于研發階段。
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