锂离子电池的制浆与涂布关键影响因素与在线粘度计.pdf

Page  6 正极浆料基本成分正极浆料基本成分 一种各向同性的类球形人 造石墨， D503.4μm左右， D906.5μm 非极性物质，不规则形状， 含水量≤0.2% D50一般为6～8μm， pH 10～11 非极性物质，葡萄链状物， 含水量3～6%，吸油值约 300，粒径一般2～5μm； 通常中性 是由直径为40nm左右的 原生粒子团聚成150- 200nm的原生聚集体，再 通过软团聚和人工压缩等 后续加工成型， 弱极性液体，用于溶解/溶胀 PVDF，同时作溶剂稀释浆料 非极性物质，链状物，分子量 30万～300万不等；吸水后分子 量下降，黏性变差 Page  7 负极浆料基本成分负极浆料基本成分 弱极性分子 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D5020μm左 右颗粒形状多样且多不 规则，主要有球形、片状、 纤维状等 非极性物质，葡萄链状物， 含水量3～6%，吸油值约 300，粒径一般2～5μm； 通常中性 是由直径为40nm左右的 原生粒子团聚成150- 200nm的原生聚集体，再 通过软团聚和人工压缩等 后续加工成型， CMC是天然纤维经过化学改 性后所获得的一种水溶性好 的聚阴离子纤维素化合物， 具有增稠、分散、悬浮、粘 合、成膜、保护胶体和保护 水分等优良性能，中性 小分子线性链状乳液，易溶于 水和极性溶剂。

Page  8 制浆基础理论制浆基础理论——分散过程的物理化学分散过程的物理化学 粉料的侵入与润湿 分散体-胶体稳定性 空间（或聚合物）稳定作用 空缺絮凝和空缺稳定作用 吸附 沉降和絮凝 XL系列粘度计特 点连续高温测量罐体或者管道安装高灵敏度、高重现性无运动部件-终身免维护传感器精 度: 重 复 性: 量 程: *温度范围(传感器): *压力范围: *过程连接: 长 度: 重 量: 材 质: 防护等级: 防暴等级:± 1 % ± 0.3 % 0 ~109 cP–40°C ~ 450°C 可选 可选 585mm > 4 kg 316 SS (哈氏C可选) IP68 Safe Area/Ga Ex ia IIC T4 - T6技术参数*注意: 温度，压力和过程连接可根据要求定制变送器防护等级: 电 源: 模拟输出:数字输出: 温度补偿:报 警:IP65 24V DC @ 100mA 3路4-20mA 黏度, 修正黏度，温度RS485 Modbus总线 支持 2路电压触点输出压力补偿:支持 中国•上海•漕宝路80号 +86(0)21 6089 6520 • +86(0)21 5106 • info@1、粉料的侵入与润湿、粉料的侵入与润湿 Page  9 ①固体粉末在空气中，随时间的推移会吸附部分空气在固体表面上，液体黏结 剂加入后，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； 如果固体与液体的吸附力比与气体的吸附力强，液体可以浸湿固体，将气体排 出。

②正极材料中所有组分均能被黏结剂溶液浸湿，分散相对容易 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 ③石墨与水性黏结剂溶液极性不同，不易分散；可先用醇水溶液将石墨初步润 湿，再与黏结剂溶液混合；分散过程为减少极性物与非极性物间的距离，提高 它们的势能或表面能，所以为吸热反应，搅拌时总体温度有所下降，可适当提 高温度，促进吸热反应并提高流动性，降低分散难度 杨氏方程杨氏方程 Page  10 接触润湿角θ≤90°，固体浸湿 接触润湿角θ＞90°，固体不浸湿 Page  11 2、分散体、分散体——胶体稳定性胶体稳定性 要得到“胶态分散 体”，必须设法克服 无处不在的引力能 必须在颗粒之间产生 某种排斥能，使排斥 能和引力能相加结果 为明显的净排斥能 为了产生稳定的胶态 分散系，必须引进一 种颗粒间的排斥能， 使得在颗粒间距（所 需要的颗粒浓度，即 PVC）内有足够的净 能量来防止絮凝 在剪切平面的电子 胶体颗粒通过电荷而得到稳定的理论已出现多年， 在所谓DLVO理论中达到顶点 3、空间稳定作用、空间稳定作用  不论在水和非水（包括非极性）介质中都能使胶体颗粒稳定的另一因 素，是现在被称作“空间”或“熵”的稳定作用。

 空间稳定作用的主要特点是：它不是有机化学中通常考虑的空间阻碍 ，即分子的构形阻止反应的进行，而是由于熵的损失导致能量的变化  空间稳定作用的最简单形式可以形象地表述为：由低聚物或聚合物的 链形成的溶剂化层不可逆地附着在浓度均匀的颗粒表面上，产生一个 厚度为δ的“溶剂化”保护套  如果两个这种颗粒靠近导致其溶剂化护套互相重叠，或者它们在重叠 区的某一区段的密度重新分布，就会产生聚合物浓度的局部升高这 种聚合物浓度的局部升高导致系统中溶剂的渗透压的产生因此，排 斥能的产生源于非理想组分的稀释自由能 Page  12 4、空缺絮凝和空缺稳定作用、空缺絮凝和空缺稳定作用  空间稳定作用源于聚合物被吸附到颗粒表面上溶液中游离的聚合物 对胶体稳定性的效应引起所谓“空缺絮凝”和“空缺稳定作用”  当胶体颗粒互相靠近到间距小于溶液中聚合物分子的直径时，聚合物 分子这时就被排除颗粒之间的空间，那里只留下溶剂在热力学中这 是不利的，会使溶剂分子渗透到聚合物溶液中去，并使两个颗粒更为 靠近，也就是发生絮凝 Page  13 分散的实践分散的实践 Page  14 Page  15 1、分散体的一般特性、分散体的一般特性 粉料黏结较紧 集块和基本粒子 结合不太紧的集群 既不存在聚集团又不存在集块 2、制浆分散的三个阶段、制浆分散的三个阶段 Page  16 润湿润湿 粒子集群的破裂粒子集群的破裂 稳定化稳定化 3、粒子集群的破裂、粒子集群的破裂 Page  17 ①如果在分散体介质中的黏 度很高，可获得高剪切力。

在分散中常犯的错误是使用 浆料的黏度太低，浆料的浓 度太低，不可能获得充分有 效的剪切力 ②浆料浓度一般以固含量表 示，但是浆料分散得好不好， 从固含量说明不了什么问题 只用固含量也很难对不同类 的浆料分散体相互对比进 行对比的一个较好办法是使 用相对沉降溶剂（RSV）， 它给出了一个在分散体中有 多少空隙容积的概念空隙 容积太高，意味着分散体的 粒子聚集成团，因而分散得 很不好 Page  18 DMAC密度：0.9429(25℃) NMP密度：1.028(25℃) 6.5Ah：转移罐D650mm×H450mm,正极料H240mm，负极H270mm 总体积：正极79.6L，负极89.5L 49.58kg DMAc -NMP=52.58L-48.23L=4.35L 水=62.31kg=62.31L 体积比： DMAC=（79.6-52.58）/79.6=33.94% NMP=（79.6-52.58）/（79.6-4.35）=35.91% 水=（89.5-62.31）/89.5=30.36% 4、浆料体积比、浆料体积比 在理论以及实践中完全可以用体积比来设计工艺，而在理论以及实践中完全可以用体积比来设计工艺，而 且将会更有效。

且将会更有效 Page  19 5、稳定化、稳定化—只有使用分散剂才能获得稳定的分散状态只有使用分散剂才能获得稳定的分散状态 粉料集群开始破裂时立即加入 才能避免粒子的相互作用再聚集成团 分散剂提前加入分散剂提前加入 稳定化机理稳定化机理1 静电稳定作用 稳定化机理稳定化机理2 位阻稳定作用 反离子云的排斥力反离子云的排斥力 分散剂吸附在粒子表面， 使获得了与分散剂有相同 符号的高度固定电荷 使用阳离子分散剂时，在 粒子周围的表面负电荷形 成一层相反的正离子云 “电位阻稳定作用”“电位阻稳定作用” 静电稳定、位阻稳定 共同作用 不带电荷的聚合物链交错不带电荷的聚合物链交错 带聚合物的粒子彼此接近 时，由于聚合物的交错， 它们不能靠得太近，因而 聚合物就对粒子的相互作 用产生了位阻阻碍 静电稳定和位阻稳定作用静电稳定和位阻稳定作用 Page  20 ①愈接近表面，反离子固定得愈牢 在距离粒子较远的液相中正负离子 处于平衡状态 ②双离子层越厚，稳定性越好 ③起静电稳定作用的分散剂，很好 的例子是羧甲基纤维素（CMC） 起位阻稳定剂作用的分散剂也 称为“保护性胶体”。

这方面 的粒子是淀粉和聚乙烯醇 羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CMC）） 多用途的共黏剂多用途的共黏剂 CMC控制浆料的流变 性并给予涂布机良好 的运行性能 对涂料保水性 通过选择最适宜的 CMC品种，可使保 水值满足于涂布条 件和涂料配方相关 的各种需求 对涂布性能 在高涂布量时色调不 匀和龟裂的倾向会增 加，比起淀粉来CMC/ 乳胶配料可允许较低 的总胶黏剂含量这 样可获得更疏松和柔 性的结构，意味着减 少色调不匀和龟裂的 倾向在高定量热固 性胶印纸中，这也意 味着降低鼓泡的倾向 对涂料流动性 较低分子量、较低黏 度型CMC接近牛顿型 流体行为，而较高分 子量、较高黏度型 CMC则呈假塑行为 可根据涂布状况选择 最佳CMC品种与用量 6、分散剂的使用、分散剂的使用  一切颜料表面都吸附着杂质，如空气、水分和其他气体为使颜料颗 粒润湿，大多数情况下，必须用分散剂去取代这些杂质所以，分散 剂的润湿能力必须大到足以克服或者至少减小液体内部的内聚力和固- 液界面的表面张力，使得分散剂的润湿集团能够附着在颜料的表面  大多数用于涂料制造的漆料都可以认为是分散剂，它们的润湿能力取 决于相对分子质量的大小、分子结构和分子上的取代基，如羧基、羟 基、氨基、酯基。

 因为液体分子和颜料分子所带电荷决定着润湿过程，所以在分散阶段 各组分、树脂、溶剂以及固体颗粒的极性起着很重要的作用极性取 决于分子的形状，因而取决于分子的电荷分布和对称性  分散剂和漆料通过润湿基团被吸附到颜料表面，而非极性基团溶于液 相而得到伸展，这种状态叫做“空间位阻稳定”  涂料工业中，人们使用种类繁多的润湿剂（表面活性剂）以减小固-液 界面的表面张力，从而形成新的表面，使分散过程中对漆料的吸附变 得更容易 Page  22 7、合成共黏剂和增稠剂、合成共黏剂和增稠剂  增稠剂的主要功能是将涂料黏度调节到规定 水平以及给予必要的保水性  共粘剂主要用于将涂料黏度和保水性调节到 所需水平，并根据特定涂布技术的需要，改 变其流变学 Page  23 8、检测、检测  绝对黏度=剪切力/剪切应变速率  pH值（影响涂液的稳定性）  表面张力：气泡压力原理的表面张力仪测量动 态表面张力，为目前已知最快速、可靠而经济 的方法  粒度：测量最大聚结体 Page  24 涂布复合技术涂布复合技术 Page  25 Page  26 1、涂布基本流程、涂布基本流程 不锈钢丝网滤芯 孔隙率高、过滤面积大、 纳污能力强、重复用性强 消泡剂、离心消泡 真空消泡 过滤过滤 干燥干燥 除泡除泡 2、涂布干燥系统、涂布干燥系统 Page  27 涂布干燥阶段分布涂布干燥阶段分布  定型阶段定型阶段 湿物料由流动状态变为不可流动状态的湿物料。

此阶段吹向物料表面 的风速不能太高，以不改变其表面性能为准  恒速干燥阶段恒速干燥阶段 此阶段中溶剂挥发速率保持恒定输入的热量主要用来蒸发溶剂，溶 剂可以自由移动到表面边界层，并离开液体表面；提高送风温度、送风 量等都可提高干燥效率  降速干燥阶段降。