锂电池浆料干法混料工艺为什么更好
锂离子电池是一个复杂的系统工程，电池性能好坏受到原材料，电池设计，制造设备与工艺，环境等众多因素影响，任何一点缺陷都可能导致电池产品的崩塌。因此，虽然现在关于锂电池的新材料，新设计，新工艺大量涌现，它们的产业化进程却很缓慢，锂电池并没有出现巨大的技术革新。
材料是锂电池的基础，而制造工艺也很重要。其中，混料工艺在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30%，是整个生产工艺中最重要的环节。锂离子电池的电极制造中，正负极浆料基本上都是由活物质、聚合物粘结剂、导电剂等组成。电极浆料的混料工艺大概分为三种：（1）球磨工艺，最初来源于涂料行业；（2）湿法混料工艺，基本过程为溶胶-混合导电剂-混合活物质-稀释。这是目前国内的主流工艺。（3）干法混料工艺，基本过程为活物质、导电剂和黏结剂干粉混合-加入适量溶剂润湿-加入溶剂高速分散破碎-稀释调节粘度。对电池浆料的要求，第一是分散均匀性，如果浆料分散不均，有严重的团聚现象，电池的电化学性能受到影响；第二，浆料需要具有良好的沉降稳定性和流变特性，满足极片涂布工艺的要求，并得到厚度均一的涂层。
干法混料工艺的优点
最开始锂电池浆料的制造借鉴涂料行业，1999年时，韩国人就开始了研究投料顺序对浆料性质和电池性能的影响。他们采取如图1所示四种投料工艺进行混料，采用相同的材料和配方，仅仅改变投料顺序就能改变浆料的性质。浆料的混合程度取决于颗粒大小，粒度分布，形状，比表面积，颗粒的溶剂吸收率等，从搅拌开始到粘度稳定所需的时间和依次加入的材料的比表面积最相关。
图1 浆料制备的四种方法
方法1：活物质吸收液体不充分，导电剂的比表面积比活物质颗粒大很多，表面吸收了大量的液体，液体陷入导电剂中，不能轻易流动。
方法2：活物质比表面积小，更容易释放液体。导电剂后加入，开始吸收溶剂，粘度稳定时间更长。
方法4：活物质和导电剂同时吸收液体，润湿固体颗粒，此种方法吸收溶剂最充分，浆料分散性最好，因此，相同的固含量条件下浆料粘度最低。
研究结果发现采用第4种工艺的浆料粘度达到稳定的时间可接受，而且所制备的浆料粘度最低，如表1所示，分散性最好，而且半电池循环测试结果表明此工艺制备的电池循放电容量衰减最小（图2所示）。
表1 四种混料方法浆料的稳定粘度和从开始搅拌到稳定所需时间
图2 四种混料工艺所制半电池循环测试
钱龙等人采用活物质、导电剂、粘结剂干粉预混合-超高粘度的搅拌工艺，所制备的浆料与传统湿法工艺相比，该工艺生产的负极浆料具有更好的性能，浆料黏度、颗粒度和固含量稳定性等均比流体分散工艺得到的浆料要好，制成的膜片电阻率较低，粘接力较高，制成的电芯容量保持率更高。超高粘度搅拌时，剪切力大能够更加充分分散颗粒细小容易团聚的导电剂，同时也更有利于粘结剂溶解和稳定，从而电池性能更优。
干法混料工艺基本过程
固体粉料在液体中分散基本过程如图3所示，分为：（1）粉料的润湿，将附着于粉体上的空气以液体介质取代。一种粉体要分散在液体中，首先必须被润湿，固体表面的湿润性由其化学组成和微观结构决定。固体表面自由能越大，越容易被液体湿润；反之亦然，润湿性可用接触角大小表示。（2）颗粒团聚体的破裂、分散，破碎团聚体主要有三种力：设备转动过程中的机械力，颗粒之间发生碰撞产生的作用力，高速分散剪切力。（3）固体悬浮物的稳定化，阻止已经分散的颗粒发生在团聚，分散稳定作用有静电稳定、空间位阻稳定。
图3 粉料在液体中混合分散基本过程
典型的干法混料工艺过程为：（1）活物质、导电剂、粘结剂粉体加入搅拌釜，进行干粉混合均匀；（2）加入适量溶剂，对粉体颗粒进行润湿，使颗粒表面吸附溶剂，同时在这种高粘度下搅拌，开始形成大的剪切力作用，充分混匀润湿粉体颗粒；（3）继续加入溶剂，高速剪切力作用下对颗粒团聚体进行分散，使导电剂均匀分布；（4）继续加入溶剂，稀释浆料，调节粘度使之适合涂布工艺。
其中，粉体的润湿是工艺的核心步骤，溶剂的量存在一个临界点，若溶剂偏少，不足以润
湿全部粉料，那么干粉必然成团，后续想将其打开有一定难度；而且，过干的情况下，双行星搅拌机中，浆料容易“爬杆”，并不能起到搅拌的效果；如果溶剂偏多，浆料很容易流动，搅拌桨的剪切力作用效果减小，而且，捏合搅拌也起不到捏合力粉碎团聚的作用。实际浆料的效果都可以用细度和粘度来判断：相同条件下，粘度越小，细度越小，证明分散效果越佳。
